JP2004520262A - HIV-1 vaccine and screening method thereof - Google Patents

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Abstract

HIV−1エンベロープタンパク質V2領域欠失がある、修飾HIV−1エンベロープタンパク質又は断片又は修飾HIV−1エンベロープタンパク質又は断片をコードしているDNAを用いた、動物、好ましくはヒトにおいてHIV−1に対する異種免疫応答を惹起させるための免疫方法、及び免疫原医薬組成物を提供する。異種HIV−1株に対する体液性応答が得られる。Heterologous to HIV-1 in animals, preferably humans, using a modified HIV-1 envelope protein or fragment or a DNA encoding a modified HIV-1 envelope protein or fragment, wherein the HIV-1 envelope protein V2 region is deleted. An immunization method for raising an immune response, and an immunogenic pharmaceutical composition are provided. A humoral response to the heterologous HIV-1 strain is obtained.

Description

【0001】
発明の背景
DNA免疫化によって、免疫系の細胞性アームと体液性アームの双方が刺激される(Liu, M. A., Y. Yasutomi, M.−E. Davis, H. C. Perry, D. C. Freed, N. L. Letvin & J. W. Shiver. 1996. Vaccination of mice and nonhuman primates using HIV−gene−gun−containing DNA, vol. 48. Karger, S, Basel; Shiver, J. W., M.−E. Davies, H. C. Perry, D. C. Freed, & M. A. Liu. 1996. Humoral and cellular immunities elicited by HIV−1 DNA vaccination. J. Pharm. Sci. 85:1317−1324; Shiver, J. W., H. C. Perry, M.−E. Davies, D. C. Freed & M. A. Liu. 1995. Cytotoxic T lymphocyte and helper T cell responses following HIV polynucleotide vaccination. DNA Vaccines. 772:198−208; Shiver, J. W., J. B. Ulmer, J. J. Donnely & M. A. Liu. 1996. Humoral and cellular immunities elicited by DNA vaccines: Application to the human immunodeficiency virus and influenza. Adv. Drug Del. Rev. 21:19−31−18)とともにチンパンジーにおけるHIV−1のように徐々に複製するウイルスによって動物の感染を予防できる免疫応答が惹起する(Boyer, J. D., K. E. Ugen, B. Wang, M. Agadjanyan, L. Gilbet, M. L. Bagarazzi, M. Chattergoon, P. Frost, A. Javadian, W. V. Williams, Y. Refaeli, R. B. Ciccarelli, D. McCallus, L. Coney & D. B. Weiner. 1997. Protection of chimpanzees from high−dose heterologous HIV−1 chllenge by DNA vaccination. Nature Med. 3:526−532)。
【0002】
しかしながら、攻撃ウイルスがサルにおけるSIV又はSHIVのようにホストにおいて効率よく複製する場合、DNA惹起免疫応答は部分的防御しか与えない(Boyer, J. D., B. Wang, K. E. Ugen, M. Agadjanyan, A. Javadian, P. Frost, K. Dang, R. A. Carrano, R. Ciccarelli, L. Coney, W. V. Williams & D. B. Weiner. 1996. In vivo protective anti−HIV immune responses in non−human primates through DNA immunization. J. Med. Promatol. 25:242−250; Lu, S., J. Arthos, D. C. Montefiori, Y. Yasutomi, K. Manson, F. Mustafa, E. Johnson, J. C. Santoro, J. Wissink, J. I. Mullins, J. R. Haynes, N. L. Letvin, M. Wyand & H. L. Robinson. 1996. Simian immunodeficiency virus DNA vaccine trial in macaques. J. Virol. 70:3978−3991; Robinson, H. L., D. C. Montefiori, R. P. Johnson, K. H. Manson, M. L. Kalish, J. D. Lifson, T. A. Rizvi, S. Lu, S. L. Hu, G. P. Mazzara, D. L. Panicali, J. G. Herdon, R. Glickman, M. A. Candido, S. L. Lydy, M. S. Wyand & H. M. McClure. 1999. Neutralizing antibody−independent containment of immunodeficiency virus challenges by DNA priming and recombinant pox virus booster immunizations. Nature Medicine. 5:526−34)。
【0003】
これらの応答の強さ、特に高抗HIV/SIVエンベロープ抗体力価の産生を高めるために、HIV/SIVエンベロープを発現する可溶性ウイルスエンベロープタンパク質、ウイルス粒子又は組換えワクシニア系ウイルスの継続投与が必要である(Agadjanyan, M. G., N. N. Trivedi, S. Kudchodkar, M. Bennett, W. Levine, A. Lin, J. Boyer, D. Levy, K. E. Ugen, J. J. Kim & D. B. Weiner. 1997. An HIV type 2 DNA vaccine induces cross−reactive immune responses against HIV type 2 and SIV. AIDS Res. Hum. Retroviruses. 13:1561−1572; Barnett, S. W., J. M. Klinger, B. Doe, C. M. Walker, L. Hansen, A. M. Duliege & F. M. Sinangil. 1998. Prime−boost immunization strategies against HIV. AIDS Res. Hum. Retroviruses. 14 Suppl 3:S299−309; Letvin, N. L., D. C. Montefiori, Y. Yasutomi, H. C. Perry, M.−E. Davies, C. Lekutis, M. Alroy, D. L. Freed, C. I. Lord, L. K. Handt, M. A. Liu & J. W. Shiver. 1997. Potent protective anti−HIV immune responses generated by bimodal HIV envelope DNA plus protein vaccination. Proc. Natl. Acad. Sci. 94:9378−9383;
【0004】
Richmond, J. F., S. Lu, J. C. Santoro, J. Weng, S. L. Hu, D. C. Montefiori & H. L. Robinson. 1998. Studies of the neutralizing activity and avidity of anti−human immunodeficiency virus type 1 Env antibody elicited by DNA priming and protein boosting, J Virol. 72:9092−100; Richmond, J. F. L., Mustafa, S. Lu, J. C. Santoro, J. Weng, M. O’Connell, E. M. Fenyo, J. L. Hurwitz, D. C. Montefiori & H. L. Robinson. 1997. Screening of HIV−1 Env glycoproteins for the ability to raise neutralizing antibody using DNA immunization and recombinant vaccinia virus boosting. Virology. 230:265−274; Robinson, H. L., D. C. Montefiori, R. P. Johnson, K. H. Manson, M. L. Kalish, J. D. Lifson, T. A. Rizvi, S. Lu. Hu, G. P. Mazzara, D. L. Panicali, J. G. Herndon, R. Glickman, M. A. Candido, S. L. Lydy, M. S. Wyand & H. M. McClure, 1999. Neutralizing antibody−independent containment of immunodeficiency virus challinges by DNA priming and recombinant pox virus booster immunizations. Nature Medicine. 5:526−34)。
【0005】
この2頂免疫化方法によってアカゲザル(Rh)をSHIVによる感染から防御できる応答が惹起する(Letvin, N. L., D. C. Montefiori, Y. Yasutomi, H. C. Perry, M.−E. Davies, C. Lekutis, M. Alroy, D. L. Freed, C. I. Lord, L. K. Handt, M. A. Liu & J. W. Shiver. 1997. Potent protective anti−HIV immune responses generated by bimodal HIV envelope DNA plus protein vaccination. Proc. Natl. Acad. Sci. 94:9378−9383; Robinson, H. L., D. C. Montefiori, R. P. Johnson, K. H. Manson, M. L. Kalish, J. D. Lifson, T. A. Rizvi, S. Lu, S. L. Hu, G. P. Mazzara, D. L. Panicali, J. G. Herndon, R. Glickman, M. A. Candido, S. L. Lydy, M. S. Wyand & H. M. McClure. 1999. Neutralizing antibody−independent containment of immunodeficiency virus challenges by DNA priming and recombinant pox virus booster immunizations. Nature Medicine. 5:526−34)。しかしながら、上記ワクチン接種方法で細胞性抗ウイルス応答も体液性抗ウイルス応答も共に生じたことから、記録された防御がDNA免疫化で惹起された細胞性抗ウイルス応答及び/又は体液性抗ウイルス応答で仲介されたかははっきりしない。これらの2つのタイプの応答のそれぞれの抗ウイルス防御の役割を評価比較することにより、より効果的なDNA免疫化プロトコールを開発することができる。
【0006】
gp120 HIVエンベロープサブユニットの結晶構造の解析から、オリゴマーエンベロープ形の中に自然に閉鎖されているタンパク質の1つの面に中和エピトープが主としてクラスター形成されていること、即ち、ビリオンや感染細胞の表面上に存在していることが示された(Kwong, P. D., R. Wyatt, J. Robinson, R. W. Sweet, J. Sodroski & W. A. Hendrickson. 1998. Structure of an HIV gp120 envelope glycoprotein in complex with the CD4 receptor and a neutralizing human antibody. Nature(London) 393:648−659; Wyatt, R., P, D. Kwong, E. Desjardins, R. W. Sweet, J. Robinson, W. A. Hendrickeson & J. G. Sodroski. 1998, The atigenic structure of the HIV gp120 envelope glycoprotein, Nature(London) 393:705−711)。
【0007】
これらの構造上の所見は、多くの免疫化学実験とウイルス学的実験によって支持されている(Bou−Habib, D. C., G. roderiquez, T. Oravesz, P. W. Berman, P. Lusso & M. A. Norcross. 1994. Cryptic nature of envelope V3 region epitopes protects primary monocytotropic human immunodeficiency virus type 1 from antibody neutralization. J. Virol. 68:6006−6013; Moore, J. P., J. A. McKeating, Y. Huang, A. Askenazi & D. D. Ho. 1992. Virions of primary human immunodeficiency virus type 1 isolates resistant to soluble CD4(sCD4) neutralization differ in sCD4 binding and glycoprotein gp120 retention from sCD4−sensitive isolates. J. Virol. 66:235−243; Reitter, J. N., R. E. Mcans & R. C. Desrosiers. 1998. A role for carbohydrates in immune evasion in AIDS. Nat. Med. 4:679−684; Sattentau, Q. J. & J. P. Moore. 1991. Conformational changes induced in the human immunodeficiency virus envelope glycoprotein by soluble CD4 binding. J. Exp. Med. 174:407−415; Sattentau, Q. J., J. P. Moore, F. Vignaux, F. Traincard & P. Poignard. 1993. Conformational changes induced in the envelope glycoproteins of the human and simian immunodeficiency viruses by soluble receptor binding. J. Virol. 67:7383−7393;
【0008】
Stamatatos, L. & C. Cheng−Mayer. 1995. Structual modulations of the envelope gp120 glycoprotein of human immunodeficiency virus type 1 upon oligomerization and differential V3 loop epitope exposure of isolates displaying distinct tropism upon virion−soluble receptor binding. J. Virol. 69:6191−6198; Sullivan, N. Y. Sun, J. Li, W. Hofmann & J. Sodroski. 1995. Replicative function and neutralization sensitivity of envelope glycoproteins from primary and T−cell line−passaged human immunodeficiency virus type 1 isolates. J. Virol. 69:4413−4422; Wyatt, R., J. Moore, M. Accola, E. Desjardin, J. Robinson & J. Sodroski. 1995. Involement of the V1/V2 variable loop structure in the exposure of human immunodeficiency virus type 1 gp120 epitopes induced by receptor binding. J. Virol. 69:5723−5733; Wyatt, R., N. Sullivan, M. Thali, H. Repke, D. Ho, J. Robinson, M. Posner & J. Sodroski. 1993. Functional and immunologic characterization of human immunodeficiency virus type 1 envelope glycoproteins containing deletions of the major variable regions. J. Virol. 67:4557−4565)。
本発明は、HIV−1に対して有効なワクチン接種のエンハンスメントに関する。
本明細書中の文献の引用は、そのような文献が本発明の従来技術として用いうることを許容するものとして判断すべきではない。
【0009】
発明の要約
本発明によれば、動物においてHIV−1に対する異種免疫応答を惹起させる方法であって、該動物を少なくとも1種の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片、又は少なくとも1種の前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNA又はウイルス、又はその組合わせで免疫し、該修飾エンベロープタンパク質にはHIV−1エンベロープタンパク質V2領域欠失があることによる、前記方法が提供される。修飾HIV−1エンベロープタンパク質は、哺乳動物細胞において発現した断片の組換えタンパク質であってもよい。好ましくは、修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片はグリコシル化されている。免疫された動物は、免疫原以外の少なくとも1種のHIV−1株に対して免疫応答を示している。好適実施態様においては、免疫応答は体液性応答を含んでいる。更に好適な実施態様においては、体液性応答には中和抗体が含まれ、最も好適な実施態様においては防御抗体が含まれている。好ましくは、動物はヒトである。
【0010】
限定されない例においては、免疫原は、クレードB HIV−1株由来の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片、又はクレードB HIV−1株由来の修飾HIV−1エンベロープタンパク質をコードしているDNA又はウイルス又はその断片を含んでいる。好適実施態様においては、HIV−1株はSF162である。一例として、修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片は、配列番号2又は配列番号4であり、少なくとも1種の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNAは配列番号1又は配列番号3である。
【0011】
本発明の他の広範囲態様においては、動物をHIV−1ウイルスに対して免疫するために、HIV−1エンベロープタンパク質V2領域欠失がある、少なくとも1種の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片、又は少なくとも1種の該修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNA又はウイルス、又はその組合わせの異種免疫応答惹起有効量と、薬学的に許容しうる担体又は賦形剤とを含むワクチン医薬組成物が提供される。修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片は、哺乳動物細胞中で発現させることができる。グリコシル化されていてもよい。実施態様においては、修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片はクレードB HIV−1株由来である。好適実施態様においては、HIV−1株はSF 162である。限定されない例としては、修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片は配列番号2又は配列番号4であり、少なくとも1種の前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNAは配列番号1又は配列番号3である。動物を前述のワクチン医薬組成物で免疫化又はワクチン接種すると、HIV−1に対する異種免疫応答が惹起される。応答は、体液性応答を含んでいる。実施態様においては、体液性応答は中和抗体を含んでいる。好適実施態様においては、惹起された抗体は防御抗体である。
【0012】
本発明は、また、化合物が動物において少なくとも1種の異種HIV−1株に対して少なくとも中和抗体を産生させることができるかを評価する方法であって、該動物を化合物で免疫する段階と、該動物のCD8+ 細胞を枯渇させる段階と、該動物について少なくとも1種の異種HIV−1株に対する中和抗体、好ましくは防御抗体の存在をスクリーニングする段階とを含む、前記方法に関する。好適実施態様においては、枯渇させる段階は、前記動物に抗CD8モノクローナル抗体を投与することにより行われる。化合物は、HIV−1由来ポリぺプチド又はその断片又は該ぺプチド又はその断片をコードしているDNA又はウイルスであってもよく、その免疫原は、ウイルス又はDNAワクチン、タンパク質、又はその組合わせを含んでいる。その防御抗体は、好ましくは中和抗体であり、最も好ましくは防御抗体である。防御抗体を検出するための動物は野生型HIV−1又はSHIV株、又は野生型HIV−1又はSHIV−1に対して防御抗体応答できるもので感染可能なものである。
本発明は、更に、上記のタンパク質、タンパク質断片、該タンパク質又はタンパク質断片をコードしているDNA又はウイルスを作製する方法に関する。好ましくは、タンパク質免疫原は哺乳動物細胞中で発現し、それ故グリコシル化されている。
本発明のこれらの、また、他の態様は、次の図面と詳細な説明によってよく理解されるであろう。
【0013】
発明の詳細な説明
本発明者らは、V2(二次高頻度可変)領域に欠失がある修飾HIV−1エンベロープタンパク質を用いた動物免疫化によって抗HIV−1エンベロープ特異的免疫応答の一部として強力な中和抗体が惹起されるという驚くべき発見をなした。更に、免疫応答は免疫原エンベロープタンパク質の野生型に対するだけでなく、免疫原が由来するクレードの内外の他のHIV−1ウイルスに対するものである。この強力な異種免疫応答、特に強い体液性応答は、HIV感染症の予防と治療に他の免疫療法の中でもワクチン接種の新しい手段を与えるものである。本発明は、V2領域に欠失がある1種以上のエンベロープタンパク質又はその断片を含む両DNAワクチン、ウイルスワクチン又はタンパク質ワクチン、及びその使用方法に関する。
【0014】
限定されない実施態様においては、免疫化はV2領域に欠失があるHIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNA又はウイルスで行うことができる。下記の実施例に記載されるように、V2高頻度可変領域に部分的欠失が含まれるHIV−1株SF162(クレードB)由来の修飾gp140エンベロープタンパク質を発現できるDNAベクターを調製した。この場合、DNAとタンパク質配列の最初の27 N末端アミノ酸(81ヌクレオチド)はそれぞれ発現しなかった。SF162の修飾gp140のこれらのDNA断片とタンパク質断片は、それぞれ配列番号3と配列番号4に示されている。対応する全長配列の配列番号1と配列番号2は、それぞれ同じ目的に用いられる。サルのDNA免疫化によって強力な中和抗体を含む免疫応答が惹起された。CD8+ Tリンパ球が枯渇し、SHIV162P4で攻撃した場合、ワクチン接種した動物は、免疫されていない対照動物と比べて、ウイルス血症ピークが低く、血漿からのウイルスクリアランスが速く、血清変換が遅かった。これらの結果から、本発明の免疫原による強力な防御体液性応答の惹起が証明される。更に、上記のように、いくつかの異種HIV−1株に対する交差中和反応性が見られ、HIV−1株に対する普遍的免疫応答を惹起するのにV2欠失免疫原の有用性が支持された。免疫したウサギにおいては、修飾(V2欠失)免疫原は、同種親SF162ウイルスに対して、いくつかの異種HIV−1分離物に対しても中和抗体を惹起する点で更に有効である。サルにおいては、修飾免疫原は異種分離物に対してのみ中和抗体を惹起できた。
【0015】
本発明は、DNA、ウイルス、タンパク質、その組合わせのような免疫化のタイプ或いはプロトコール、又は本明細書に記載された免疫原の少なくとも1種のほかに1種以上のアジュバント、又は材料の組合わせを用いた免疫化のタイプ或いはプロトコール、及び免疫原としてV2(二次高頻度可変)ループ(本明細書ではV2ドメイン又はV2領域とも同じ意味で言われる)に欠失を含んでいるHIV−1ウイルスエンベロープタンパク質をコードしているタンパク質又はDNAを用いた免疫化プロトコールに関する。本明細書に記載されるタンパク質、DNA又はウイルス免疫原においてV2領域内の欠失に対するHIV−1エンベロープタンパク質候補の野生型配列はhttp://idiotype.lanl.gov/で見ることができ、そのような配列はすべて免疫原の調製の出発配列として全体で本明細書に含まれるものとする。そのような免疫原の1つ又は組合わせを共に用いることができる。更に、本発明の修飾(即ち、V2ループ欠失含有)エンベロープタンパク質又は本発明の修飾エンベロープタンパク質をコードしているDNAの他の種々の修飾は、本発明を逸脱することなく行うことができる。例えば、修飾タンパク質の未変性エンベロープリーターをコードしているDNA又はウイルスヌクレオチド配列を、哺乳動物細胞において高いタンパク質発現のために、例えば、ヒト組織特異的プラスミノーゲンアクチベーター遺伝子のシグナルぺプチドで置き換えることができる。
【0016】
他のシグナルぺプチドも用いることができる。他の実施態様においては、修飾タンパク質の一部又はそのエンコーディングDNA配列の端を切り取って中和体液性応答を生じるための免疫原を得ることができ、そのような修飾は本明細書に十分に含まれる。好ましくは、断片は修飾タンパク質又は修飾タンパク質をコードしているDNA又はウイルスのN末端で切断され、切断は1個〜約30個のアミノ酸であるが、そのように限定されず、本明細書に記載される免疫学的性質を有する免疫原を与える他の切断も含まれる。更に、本明細書の例に示されるように哺乳動物細胞におけるDNA構築物の発現によって、図16と図17に示されるアスパラギン残基でグリコシル化されたグリコシル化タンパク質が得られ、本明細書に含まれるタンパク質免疫原組成物にはグリコシル化型のタンパク質も含まれる。従って、V2ループドメインに欠失を共通して含んでいる本発明のタンパク質やDNAの免疫原の態様の前述の限定されない例は、フレーズ修飾タンパク質又はその断片、又は修飾タンパク質又はその断片をコードしているDNA又はウイルスにより包含されている。
【0017】
V2ドメインは、HIVエンベロープのgp120サブユニットの高頻度可変領域の1つである。グリコシル化の長さ(アミノ酸の数)と程度はHIV分離物の間で変動する。SF162ウイルスの場合には、V2ループは40個のアミノ酸を含んでいる。本発明の実験では、30個のアミノ酸がV2ループの中央領域から除去され、GAGトリぺプチドで置き換えられた。当業者はこの株のV2ドメインに他の欠失、又は他の株のV2領域に欠失をつくることができ、それらは本発明の範囲と真意から逸脱することなく、同じ免疫応答惹起特性を示し、そのような特性を容易に評価することができる。本明細書に用いられる“ΔV2”の略号はV2ドメインの部分的又は全部の欠失を意味する。HIV−1のV2ドメインの詳細な説明は、Stamatatos, L., M. Wiskerchen & C. Cheng−Mayer. 1998. Effect fo major deletions in the V1 and V2 loops of a macrophage−tropic HIV−1 isolate on viral envelope structure, cell−entry and replication. AIDS Res. Hum. Retroviruses 14:1129−1139に見出すことができ、この文献の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【0018】
HIV−1エンベロープタンパク質を含んでいる修飾タンパク質又は修飾タンパク質をコードしているDNAを調製することができ、V2領域での欠失を行うことができる限定されない手段は、上記論文又はStamatatos, L. & C. Cheng−Mayer. 1998. An envelope modification that renders a primary, neutralization resistant, clade B HIV−1 isolate highly susceptible to neutralization by sera from other clades. J. Vifol. 72:7840−7845に記載されているものである。限定されない例として、HIV−1 SF162(クレードB HIV−1)のエンベロープタンパク質の修飾V2欠失を調製することができ、DNAとタンパク質の配列はそれぞれ配列番号1と配列番号2に示される。しかしながら、他のクレードB HIV−1エンベロープタンパク質も同様に修飾することができ、タンパク質又はタンパク質をコードしているDNAを免疫原として用いることができる。また、他のHIV−1クレードのHIV−1エンベロープタンパク質を用いることもできる。HIV−1タンパク質の選択とそれらのエンベロープタンパク質のアミノ酸配列は、例えば、http://idiotype/lanl.gov/でアクセスできるロスアラモスナショナルラボラトリーズHIV配列データベースのような文献に見ることができる。本発明は、本明細書の目的のDNA又はタンパク質免疫原の調製のためにV2領域内の欠失の候補としてこれらの及び他のHIV−1エンベロープタンパク質を含んでいる。
【0019】
V2ドメイン内に欠失のあるHIV−1エンベロープタンパク質、及びタンパク質をコードしているウイルスを含んでいるエンコーディングDNAを調製するために分子生物学標準法を用いることができ、本明細書の本発明は免疫原を調製する方法について制限されない。本明細書に用いられるDNAワクチンという用語には、上記タンパク質をコードしているDNAを含んでいるウイルスワクチンが含まれている。そのような方法は当該技術において周知である。本明細書に示されるように、当業者は動物において異種HIV−1免疫応答を惹起する本発明のDNA又はタンパク質免疫原の能力を容易に求め得る。SF162クレードB HIV−1ウイルス株の限定されない例においては、アミノ酸T160〜Y189の30アミノ酸欠失が調製され、欠失した配列はGly−Ala−Glyトリぺプチドで置き換えられる。欠失した配列の上記トリぺプチド、又は短いぺプチドによる置換は必要でないが便宜上行うことができる。
異種ウイルス免疫応答を高めることができる動物は、HIV−1感染症又は関連したウイルスに感受性のある動物である。そのような動物には、ヒト、非ヒト霊長類、又は他の哺乳動物が含まれるがこれらに限定されない。ヒトの場合、本発明の方法はHIV−1、HIV−2等について、非ヒト霊長類においてはSHIV−1について行うことができる。
【0020】
本発明は、HIV−1ウイルスに対して動物を免疫するために提供されるワクチン医薬組成物であって、V2領域欠失がある、少なくとも1種の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片、少なくとも1種の該修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNA、又はその組合わせの異種免疫応答惹起有効量と、薬学的に許容しうる担体又は賦形剤とを含む、前記組成物に関する。本明細書に同じ意味で用いられる免疫原は、V2域領域が異種免疫応答を惹起するのであれば、全長又は切断型の修飾タンパク質又は修飾タンパク質をコードしているDNAであってもよい。有効な免疫原の種々の選択は上に記載されている。実施態様においては、修飾HIV−1エンベロープタンパク質又は断片は、クレードB HIV−1株に由来する。好適実施態様においては、HIV−1株はSF162である。限定されない例として、修飾HIV−1エンベロープタンパク質又は断片は配列番号2又は配列番号4であり、少なくとも1種の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又は断片をコードしているDNAは配列番号1又は配列番号3である。哺乳動物細胞において発現されるタンパク質又は断片のグリコシル化も提供される。
【0021】
ワクチン医薬組成物は、ワクチンの投与を容易にするために、1種以上のDNA又はタンパク質免疫原を1種以上の薬学的に許容しうる担体、賦形剤又は希釈剤と共に含むことができる。更に、1種以上のアジュバントのような追加成分を免疫応答を高めるために含めることができる。アジュバントの選択は、免疫すべき動物、特に適切なアジュバントの選択が制限されるヒトにおいて左右される。当業者は、所望効果を得るために免疫原とともに含められる適切な医薬的に許容しうる成分を選択することができる。
本発明の目的は、更に、免疫原のような化合物がHIV−1の異種株に対して防御抗体を産生させることができるかを評価する方法を提供することである。該方法は、免疫原で動物を免疫し、該動物のCD8+ Tリンパ球を枯渇させ、次に該動物について少なくとも1種の異種HIV−1株に対して少なくとも防御抗体の存在、好ましくは防御抗体の存在をスクリーニングすることにより行われる。枯渇させる段階は動物に抗CD8モノクローナル抗体を投与することにより行ってもよい。化合物は、HIV−1由来ポリぺプチド又はその断片、例えば、HIV由来ポリぺプチド又はその断片をコードしているDNAワクチンであってもよいがそれに限定されない。免疫化プロトコールは、DNAワクチン、ウイルスワクチン、タンパク質、その断片、その組合わせ、又は一方又は双方を免疫応答を誘発させるために連続して投与するプロトコールを含むことができる。限定されない実施態様においては、中和抗体は防御抗体である。防御抗体の惹起を評価する方法は、HIVに対する防御抗体を産生できる動物、例えば、霊長類又は他の動物において行うことができるが、そのように限定されない。上記のように前述の方法は本発明のDNA及び/又はタンパク質免疫原の有効性を評価するために用いることもできる。
【0022】
下記の実施例に記載されるように、ΔV2免疫原でワクチン接種した動物において最低レベルの血漿ピークのウイルス血症を記録し、血清が攻撃の日にSHIV162P4に対して最強の中和活性を有したという所見は、中和抗体が攻撃後の最初の7日間に防御の重要な役割を果たしたことを意味している。SHIV162P4攻撃直後に強い抗HIVエンベロープ既往応答が生じたという事実は、抗体が検出不可能なレベルまで急速なウイルスクリアランスに寄与したことを意味する。しかしながら、攻撃7日後にワクチン接種した動物の末梢にCD8+リンパ球が再び現れたことから、それらも急速なウイルスクリアランスに寄与することができた。
更に、本発明の実験により、異種免疫応答と言われる免疫原が調製されたものと異なるクレードのHIV−1に対して免疫応答が示される。
これらの実験は、非CD8仲介DNAベースワクチン誘発抗HIVエンベロープ応答の防御の重要な役割を強調するものでありかつHIV感染症の予防と治療のヒト使用に有効な抗HIVワクチンを開発する実行可能性を証明するものである。上記のように、ΔV2ループ欠失のある修飾エンベロープタンパク質を用いる戦略は、V2ループをもつエンベロープタンパク質に用いることができる戦略であり、本発明はすべてのその使用、及び免疫応答を惹起するためのΔV2ループ欠失修飾タンパク質又はDNAワクチン、又はその組合わせを含む医薬組成物を含んでいる。
【0023】
本明細書に記載される実験においては、関連の中和耐性(SF162)ウイルスと中和感受性(SF162ΔV2)ウイルスとに由来する可溶性オリゴマーgp140エンベロープタンパク質間で免疫原性を比較した(Stamatatos, L, & C. Cheng−Mayer. 1998, An envelope modification that renders a primary, neutralization resistant, clade B HIV−1 isolate highly susceptible to neutralization by sera from other clades. J. Virol. 72:7840−7845)。2つの免疫原の唯一の差はSF162ΔV2由来免疫原のV2ループからの30個のアミノ酸がないことである(Stamatatos, L, & C. Cheng−Mayer. 1998, An envelope modification that renders a primary, neutralization resistant, clade B HIV−1 isolate highly susceptible to neutralization by sera from other clades. J. Virol. 72:7840−7845)。免疫化実験は、まず、ウサギにおいて行われ、両タンパク質は結合抗体の同様の力価を惹起したが、修飾免疫原はSF162ΔV2エンベロープだけでなく、非修飾親SF162エンベロープも発現する分離物に対して中和抗体の強い力価を惹起したことが見られた。
【0024】
ウサギにおいては、非修飾SF162gp140免疫原と修飾ΔV2gp140免疫原共に、いくつかの異種HIV−1一次分離物に対して中和抗体を惹起したが、そのようにする修飾免疫原の可能性は更に大きく、重要なことに以前には記載も予想もされなかった。従って、修飾免疫原でワクチン接種した多くの動物は交差反応性中和抗体を惹起するだけでなく、交差中和応答の幅と強さは非修飾免疫原で免疫した動物よりこれらの動物から集めた血清において大きかった。修飾免疫原は、非修飾免疫原よりいくつかのHIV分離物の間で保存されている抗体認識中和エピトープをより効果的に惹起する。
アカゲザルにおいて行われたワクチン接種実験によりウサギにおいてなされた所見が確認され、修飾ΔV2gp140免疫原は、親SF162エンベロープを発現する分離物に対して中和抗体を惹起するのに非修飾SF162gp140より効果的である。重要なことに、サルにおいては修飾エンベロープだけが異種HIV−1分離物に対して中和抗体を惹起させることができる。
本発明は、本明細書に記載されるΔV2ループ欠失のほかに他のエンベロープ修飾を含んでいる。そのような修飾は、免疫原に対して保存中和エピトープの曝露及び/又は数を増大させることが考えられる。
次の実施例は、本発明の好適実施態様を十分に説明するために示されるものである。しかしながら、本発明の広範囲の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。
【0025】
実施例
2匹のアカゲザル(Rh)(H445及びJ408)を、無傷gp120−gp41切断部位(Stamatatos, L., M. Lim & C. Cheng−Mayer. 2000. Generation and structural analysis of soluble oligomeric envelope proteins derived from neutralization−resistant and neutralization−susceptible primary HIV−1 isolates. AIDS Res. and Human Retroviruses. 16:981−994)をもつSF162ΔV2gp140エンベロープを発現するDNAベクター(Chapman, B. S., R. M. Thayer, K. A. Vincent & N. L. Haigwood. 1991. Effect of intron A from human cytomegalovirus(Towne)immediate−early gene on heterologus expression in mammalian cells. Nucleic Acids Res. 19:3979−86; zur Megede, J., M. C. Chen, B. Doe, M. Schaefer, C. E. Greer, M. Selby, G. R. Otten & S. W. Barnett. 2000. Increased expression and immunogenicity of sequence−modified human immunodeficiency virus type 1 gag gene. J Virol. 74:2628−35)で0週、4週及び8週目に(毎回2 mgの全DNA)皮内と筋肉内双方で免疫した。DNA構築物を哺乳動物細胞における発現を高めるためにコドンを最適化した。27週目に、DNAと、MF−59Cアジュバントと混合したCHO産生精製オリゴマーSF162ΔV2gp140タンパク質(100μg)でもう1回免疫した。38週目にアジュバント混合タンパク質のみでもう1回免疫した。
【0026】
結合抗体の産生をELISA法で評価した(Stamatatos, L. & C. Cheng−Mayer. 1995. Structural modulations of the envelope gp120 glycoprotein of human immunodeficiency virus type 1 upon oligomerization and differential V3 loop epitope exposure of isolates displaying distinct tropism upon virion−soluble receptor binding. J. Virol. 69:6191−6198)。
抗体は2回目のDNA免疫後検出可能であり、3回目のDNA免疫後力価は高くならなかった(図1)。5ヶ月の間、力価は徐々に下がったが、常に検出可能であった。1回目の‘追加刺激’により3回目のDNA免疫後に記録されたピーク値から約log101〜2だけ力価が上がった。次の11週間で力価が徐々に下がり横ばい状態になり、その時点で動物に2回目の‘追加刺激’をし、抗体力価を更に上げた。中和抗体(NA)を非特異的中和を修正するために免疫前血清を用いた‘活性化PBMCターゲット’分析を用いて評価した(Stamatatos, L. & C. Cheng−Mayer. 1998. An envelope modification that renders a primary, neutralization resistant, clade B HIV−1 isolate highly suscdptible to neutralization by sera from other clades. J. Virol. 72:7840−7845)(図2)。3回目のDNA免疫後、結合抗体力価は2匹の動物間で同じであったが、H445動物のNA力価の方がJ408動物より小さかった。次の‘追加刺激’でSF162ΔV2とSF162対するNA力価は共に著しく増大した。いずれの動物にもワクチン特異的増殖応答が記録された。J408とH445の動物には1回目の‘追加刺激’後にそれぞれ刺激指数(S.I.)5及び10が記録された。2回目の‘追加刺激’によりH445動物の応答の強さは大きくなった(S.I.25)が、J408動物では大きくならなかった(S.I.5)。
【0027】
本発明のワクチンによって惹起された高HIVエンベロープ抗体の防御の役割を評価するために、ウイルス攻撃の前にワクチン接種した動物からCD8+細胞を枯渇させた(図3)。抗CD8 MAb OKT8F(2 mg/kg)を1日おきに3回静脈内投与することによりCD8枯渇が得られた(Jin, X. D. E. Bauer, S. E. Tuttleton, S. Lewin, A. Gettie, J. Blanchard, C. E. Irwin, J. T. Safrit, J. Mittler, L. Weinberger, L. G. Kostrikis, L. Zhang, A. S. Perelson & D. D. Ho. 1999. Dramatic rise in plasma viremia after CD8(+)T cell depletion in simian immunodeficiency virus−infected macaques. J Exp Med. 189:991−8)。CD8+Tリンパ球は約10日間で検出不可能なままであった。付随して、循環しているCD3+T細胞の総数の減少が記録された。このことは、末梢からのCD8+T細胞の枯渇記録が実際の脱離によることを意味する。リンパ節からのCD8枯渇を評価しなかったが、抗CD8 MAbをサルの血液循環に導入した場合に末梢とリンパ節からCD8+ T細胞の付随した枯渇が生じることが以前に証明されている(Matano, T., R. Shibata, C. Siemon, M. Connors, H. C. Lane & M. A. Martin. 1998. Administration of an anti−CD8 monoclonal antibody interfers with the clearance of chimeric simian/human immunodeficiency virus during primary infections of rhesus macaques. J. Virol. 72:164:169; Schmitz, J. E., M. J. Kuroda, S. Santra, V. G. Sasseville, M. A. Simon, M. A. Lifton, P. Racz, K. Tenner−Racz, M. Dalesandro, B. J. Scallon, J. Ghrayeb, M. A. Forman, D. C. Montefiori, E. P. Rieber, N. L. Letvin & K. A. Reimann. 1999. Control of viremia in simian immunodeficiency virus infection by CD8+ lymphocytes. Science. 283:857−60)。
【0028】
OKT8Fの最後の投与の1日後、免疫した又は2匹の免疫されていない実験未使用の動物を100 TCID50のSHIV162P4ウイルスの無細胞株で静脈内に攻撃した(Harouse, J. M., A. Gettie, R. C. Tan. J. Blanchard & C. Cheng−Mayer. 1999. Distinct pathogenic sequela in rhesus macaques infected with CCR5 or CXCR4 utilizing SHIVs. Science. 284:816−9)。この分離物はH445とJ408の動物から攻撃の日に集めた血清(1:5に希釈)でそれぞれ50%と90%が中和された。
ワクチン接種した動物もワクチン接種されていない動物も感染した。しかしながら、2つのグループの間でウイルス負荷レベルのピークとウイルス設定点の差が認められた(図4A)。攻撃の11日後、ワクチン接種したH445動物の血漿ウイルス血症がワクチン接種されていないA141とAT54の動物と比べてそれぞれlog102と4だけ低く、ワクチン接種したJ408動物は無ウイルス血症であった。ウイルス血症ピークにおいて、ワクチン接種した動物におけるウイルス血漿レベルはワクチン接種されていない動物よりlog101〜4低かった。ウイルス血症ピーク後、ワクチン接種されていないA141動物に血漿ウイルス負荷が最初の急な低下に続いて漸次低下が記録されたが、第2のワクチン接種されていないAT54動物には高ウイルス負荷の持続が記録された。攻撃の35日以内にワクチン接種した両動物に検出不可能なレベルまでの非常に急速な低下が記録された。
【0029】
ワクチン接種したH445動物における血漿ウイルス血症の出現と付随して、抗HIVエンベロープ抗体力価の急速な増大(約5倍だけ)がモニターされた(図4B)。次に、この動物のウイルス負荷が検出不可能なレベルまで低下したように、抗体力価が攻撃前力価まで徐々に低下した。対照的に、2回目ののワクチン接種したJ408動物では抗エンベロープ抗体力価が増大せず、血漿ウイルス血症ピークが最低レベルであった。ワクチン接種されていない動物においては、抗HIVエンベロープ抗体は攻撃の約30日後に検出可能になった。A141動物では力価が経時増加したが、AT54動物では弱いままでくついには低下した後死亡した。
2匹のワクチン接種されていない動物は攻撃後2週間以内にSIV gap p27タンパク質とpol 31タンパク質に血清変換し、2匹のワクチン接種した動物は攻撃後最初の17週間血清陰性のままであった(図5)。この図は、コアSIVタンパク質gap p27とpol 31、及びgp41とgp120 HIVエンベロープサブユニットへの変換を示し、RIBATMで求めた。上の各ストリップの数字は攻撃の日(0日)に相対して血清試料が集められた日を示している[(+)正の対照ストリップ; (−)負の対照ストリップ]。
【0030】
また、攻撃後18日、42日、48日目にワクチン接種されていない動物から集めたRh−PBMCからウイルスが回収可能であったが、ワクチン接種した動物からは18日目にだけ回収可能であった。最後に、健康が保たれた2匹のワクチン接種した動物とワクチン接種されていない動物A141と対照的に、2回目のワクチン接種されていないAT54動物は攻撃の16週後にSAIDSにより死亡した。
攻撃の日にSHIV162P4に対して血清が最強の中和活性を有したワクチン接種したJ408動物において血漿ウイルス血症ピークの最低レベルが記録されたという所見は、攻撃後最初の7日間、中和抗体が重要な防御の役割を果たしたことを示している。しかしながら、中和抗体のほかに、中和活性を含まないエンベロープ特異抗体を本発明のワクチンで惹起させることもでき、ウイルスクリアランスにも寄与することができる。SHIV攻撃直後にH445動物において強い抗HIVエンベロープ既往応答が生じるという事実は、抗体が検出不可能なレベルまで急速なウイルスクリアランスに寄与したことを意味している。しかしながら、CD8+リンパ球が攻撃7日後のワクチン接種した動物の末梢に再び現れたことから、その急速なウイルスクリアランスにも寄与することができる。
これらの実験は、非CD8仲介DNAワクチン誘発抗HIVエンベロープ応答の重要な防御の役割を強調するものでありかつ有効な抗HIVワクチンを開発する実行可能性を証明するものである。
【0031】
実施例
ここに示される実験では、非修飾SF162の免疫原性の可能性を修飾SF162ΔV2(ここからΔV2と呼ぶ)エンベロープと比較する。遺伝子ガンワクチン接種方法を用いてウサギをSF162とΔV2エンベロープのgp140型で免疫した。免疫原は共に同様の抗体力価の生成を惹起したが、修飾免疫原は非修飾免疫原より親SF162ウイルスに対して高い力価の中和抗体を惹起した。更に、ΔV2由来修飾免疫原は異種HIV−1一次分離物を中和できる抗体を産生させるのにSF162由来非修飾免疫原より効果的であった。
これらの2つの抗原の免疫原性をヒトに密接に関係がありかつHIVワクチン実験に適切な動物モデルのアカゲザルにおいてDNA初回刺激に続いてタンパク質追加刺激ワクチン接種方法を用いて評価した。この点に関して、同種SF162ΔV2ウイルスに対しても親SF162ウイルスに対しても強力な中和抗体を産生させるのに修飾免疫原が非修飾免疫原より効果的であることがわかった。抗体は、サルにおいて修飾免疫原で惹起し、非修飾免疫原では惹起されない抗体は、いくつかの異種HIV−1一次分離物を中和した。これらの実験は、始めて、R5を用いたHIV−1様一次分離物に由来する可溶性オリゴマーサブユニットHIVエンベロープワクチンで免疫した非ヒト霊長類において強力な交差反応性中和抗体が惹起され得ることを示している。中和エピトープの曝露を高めかつこれらの応答の幅と強さを高める特異的なエンベロープ修飾の使用を支持している。
【0032】
ウイルス: SF162とSF162V2の分離と表現型の確認は以前に報告されている(Cheng−Mayer, C., M. Quiroga, J. W. Tung, D. Dina & J. A. Levy. 1990. Viral determinants of human immunodeficiency virus type 1 T−cell or macrophage tropism, cytopathogenicity, and CD4 antigen modulation, J. Virol. 64:4390−4398; Stamatatos, L. & C. Cheng−Mayer. 1998. An envelope modification that renders a primary, neutralization resistant, clade B HIV−1 isolate highly susceptible to neutralization by sera from other clades. J. Virol. 72:7840−7845)。クレードB HIV−1一次分離物92US660、92HT593、92US657、92US714、92US727、91US056、91US054及び93US073は、NIH AIDSリサーチアンドリファレンスリエイジェントプログラムから入手した。すべてのウイルス株を調製し、活性化ヒト末梢血単核細胞(PBMC)において力価測定した。
【0033】
ワクチン: ウサギにおいて本発明の免疫原を発現させるために用いられるDNAベクターはpJW4303である(Lu, S., Wyatt, J. F. L. Richmond, F. Mustafa, S. Wang, J. Weng, D. C. Montefiori, J. Sodroski & H. L. Robinson. 1998. Immunogenicity of DNA vaccines expressing human immunodeficiency virus type 1 envelope glycoprotein with and without deletions in the V1/V2 and V3 regions. AIDS Res. Hum. Retroviruses 14:151−155)。アカゲザルを免疫するために用いられるDNAベクターはpCMVKm2ベクターに由来する(Chapman, B. S., R. M. Thayer, K. A. Vincent & N. L. Haigwood. 1991. Effect of intron A from human cytomegalovirus(Towne)immediate−early gene on heterologous expression in mammalian cells. Nucleic Acids Res. 19:3979−86; zur Megede, J., M. C. Chen, B. Doe, M. Schaefer, C. E. Greer, M. Selby, G. R. Otten & S. W. Barnett. 2000. Increased expression and immunogenicity of sequence−modified human immunodeficiency virus type 1 gag gene. J. Virol. 74:2628−35)。いずれのプラスミドもヒトCMVエンハンサー/プロモーター要素を有し、HIVエンベロープの未変性リーダーは組織特異的プラスミノーゲンアクチベーター遺伝子に由来するもので置き換えた。サル免疫化の場合、DNA構築物を哺乳動物における発現を高めるためにコドンを最適化した。いずれのDNAベクターも無傷gp120−gp41切断部位をもつHIVエンベロープ免疫原のgp140エクトドメインを発現する。
【0034】
タンパク質追加刺激免疫は、アカゲザルにおいてのみ行われて惹起抗体の力価に続いてDNA相の免疫化を高めた。このために、CHO細胞においてΔV2gp140タンパク質を生産し、安定な可溶性3量体として精製した。しかしながら、これらの分泌オリゴマーの安定性を高めるために、gp120−gp41切断部位を突然変異誘発により除去した(Earl, P. L., S. Koenig & B. Moss. 1991. Biological and immunological properties of human immunodeficiency virus type 1 envelope glycoprotein: analysis of proteins with truncations and deletions expressed by recombinant vaccinia viruses. J Virol 65:31−41; Earl, P. L. & B. Moss. 1993. Mutational analysis of the assembly domain of the HIV−1 envelope glycoprotein. AIDS Res. Hum. Retroviruses 9:589−594; Stamatatos, L., M. Lim & C. Cheng−Mayer. 2000. Generation and structural analysis of soluble oligomeric envelope proteins derived from neutralization−resistant and neutralization−susceptible primary HIV−1 isolates. AIDS Res. Hum. Retroviruses 16:981−994)。
【0035】
免疫化: a)ウサギ: 遺伝子ガンワクチン接種方法(Lu, S., R. Wyatt, J. F. L. Richmond, F. Mustafa, S. Wang, J. Weng, D. C. Montefiori, J. Sodroski & H. L. Robinson. 1998. Immunogenicity of DNA vaccines expressing human immunodeficiency virus type 1 envelope glycoprotein with and without deletions in the V1/V2 and V3 regions. AIDS Res. Hum. Retroviruses 14:151−155)を用いて動物は0週、4週、8週、18週及び22週に5回DNA免疫処理した。各免疫化の2週間後に採血した。6匹の動物(A1〜A6)を修飾SF162gp140免疫原で免疫し、6匹の動物(A7〜A12)を修飾ΔV2gp140免疫原で免疫した。2匹の動物(A13とA14)は対照として働き、DNAベクターのみで免疫した。
【0036】
b)アカゲザル: H445とJ408の動物を修飾ΔV2gp140免疫原で免疫し、N472とP655の動物を非修飾SF162gp140免疫原で免疫し、M844とH473の動物をDNAベクターのみで免疫した。免疫化の開始前に、動物についてSIV、D型レトロウイルス又はSTLV−1のような種々のシミアンウイルスに対する抗体を試験した。修飾エンベロープでワクチン接種した動物を0週、4週及び8週にDNAで免疫し、非修飾エンベロープでワクチン接種した動物を0週、4週及び9週にDNAで免疫した。DNA(1動物当たり毎回1 mlの内毒素を含まない水中2 mgのDNA)を皮内(i.d.)2ヶ所(2×0.2 mg)と筋肉内(i.m.)(四頭筋に2×0.8 mg)双方で投与した。四回目に動物をDNAで免疫し、同時にMF−59Cアジュバントと混合した精製オリゴマーΔV2gp140又はSF162gp140タンパク質で免疫した。タンパク質(1動物当たり0.5 ml全量中0.1 mgの精製タンパク質)を三角筋にi.m.投与した。対照動物にアジュバントだけを投与した。このDNA+タンパク質‘ブースター’免疫は、修飾免疫原でワクチン接種した動物に27週で、また、非修飾免疫原で免疫した動物に48週で生じた。38週目に修飾免疫原で免疫した動物を更に1回アジュバント混合タンパク質のみ(DNAを含まない)で免疫し、非修飾免疫原で免疫した動物はしなかった。
【0037】
抗体定量: a)抗gp140抗体: 以前に記載されているようにELISA法を用いて免疫化プロトコール全体の力価を定量した(Stamatatos, L. & C. Cheng−Mayer. 1995. Structual modulations of the envelope gp120 glycoprotein od human immunodeficiency virus type 1 upon oligomerization and differential V3 loop epitope exposure of isolates displaying distinct tropism upon virion−soluble receptor binding. J. Virol. 69:6191−6198; Stamatatos, L., M. Wiskerchen & C. Cheng−Mayer. 1998. Effect of major deletions in the V1 and V2 loops of a macrophage−tropic HIV−1 isolate on viral envelope structure, cell−entry and replication. AIDS Res. Hum. Retroviruses 14:1129−1139)。概要としては、精製した可溶性オリゴマーのΔV2gp140タンパク質とSF162gp140タンパク質を用いてELISAプレート(Immulon 2HB)(0.1 mlの100 mM NaHCO3中0.2μgのタンパク質、pH8.5)を4℃で一晩インキュベートすることにより被覆した。非吸着タンパク質分子をTBSで除去し、ウェルをスーパーブロック(SB)(ピアス)で阻止した。免疫した動物から集めた熱失活(56℃で35分間)をSBで連続希釈し、37℃で1時間ウェルに添加した(0.1 ml/ウェル)。ウサギの場合、DNAベクターのみを投与した対照動物からの血清を負の対照として用いた。
【0038】
サルの場合、免疫前血清を負の対照として用いた。非結合抗体をTBS洗浄により除去し、エンベロープ結合抗体を、以前に記載されているようにアルカリホスファターゼ抗体(ザイムドイムノケミカルズ)に結合したヤギ抗ヒト(サル血清の場合)又は抗ウサギ(ウサギ血清の場合)を用いることにより検出した(Stamatatos, L. & C. Cheng−Mayer. 1995. Structural modulations of the envelope gp120 glycoprotein of human immunodeficiency virus type 1 upon oligomerization and differential V3 loop epitope exposure of isolates displaying distinct tropism upon virion−soluble receptor binding. J. Virol. 69:6191−6198)。各ウェルのOD490nmをバイオルミノメータ(モレキュラーダイナミクス)で記録した。血清希釈液に対するOD490nmのプロットを作成し、終点抗体力価を、最低希釈液の免疫前血清で生じるOD490nmの3倍のOD490nmを生じる最高免疫後血清希釈液として求めた。同時に各段階の免疫化からの血清を試験した。
【0039】
中和分析: 以前に記載されているように、標的細胞としてPHA(シグマ、3μg/ml)で3日間活性化したヒトPBMCを用いて中和分析を行った(Mascola, J. R., M. G. Lewis, G. Stiegler, D. Harris, T. C. VanCott, D. Hayes, M. K. Louder, C. R. Brown, C. V. Sapan, S. S. Frankel, Y. Lu, M. L. Robb, H. Katinger & D. L. Birx. 1999. Protection of Macaques against pathogenic simian/human immunodeficiency virus 89.6PD by passive transfer of neutralizing antibodies. J. Virol. 73:4009−18; Mascola, J. R., S. W. Snyder, O. S. Weislow, S. M. Belay, R. B. Belshe, D. H. Schwartz, M. L. Clements, R. Dolin, B. S. Graham, G. J. Gorse, M. C. Keefer, M. J. McElrath, M. C. Walker, K. F. Wagner, J. G. McNeil, F. E. McCutchan, D. S. Burke & the NIAID AIDS vaccine evalution group. 1996. Immunization with envelope subunit vaccine products elicits neutralizing antibodies against laboratory−adapted but not primary isolates of human immunodeficiency virus type 1. J. Infect. Dis. 173:340−348; Stamatatos, L. & C. Cheng−Mater. 1998. An envelope modification that renders a primary, neutralization resistant, clade B HIV−1 isolate highly susceptible to neutralization by sera from other clades. J. Virol. 72:7840−7845; Stamatatos, L., S. Zolla−Pazner, M. Gorny & C. Cheng−Mayer. 1997. Binding of antibodies to virion−associated gp120 molecules of primary−like human immunodeficiency virus type 1(HIV−1)isolates: effect on HIV−1 infection of macrophages and peripheral blood mononuclear cells. Virology 229:360−369)。
【0040】
試験するHIV−1分離物のすべてを増殖し、ヒトPBMC中で滴定し、アリコート分割し、使用するまで−80℃で凍結した。ウイルス(20 U/mlのIL−2を含有する50μlのRPMI完全培地中50〜100 TCID50(ホフマン・ラロッシュ))を同量の連続希釈した熱失活(56℃で35分)血清と37℃で1時間96ウェルU底プレート(コーニング)においてプレインキュベートした。各血清希釈について、3回実験のウェルを用いた。サルからの免疫前血清とDNAベクターのみで免疫したウサギから集めた血清をウイルスとインキュベートし、非特異的中和の対照として働いた。各ウェルに0.4×10PHA活性化PBMCを含有する0.1 mlの完全培地を添加した。37℃で一晩インキュベートした後、各ウェルの半量を新しいRPMI完全培地に取り替えた。プレートを遠心分離した後(2,000 rpmで5分間)、各ウェルの半量を再び新しい培地に取り替えた。この手順を2回繰り返した。各ウェル中のp24抗原濃度を感染後の種々の時点(通常は4日、6日及び11日目)でインハウスELISA p24検定分析を用いて評価した。3回実験のウェルからの中和平均%と各血清希釈の標準偏差を、ウイルスと、細胞と、非ウサギ血清又は非サル血清とを含有するウェルに記録されたp24濃度に基づいて以前に記載されているように算出した(Stamatatos, L. S. Zolla−Pazner, M. Gorny & C. Cheng−Mayer. 1997. Binding of antibodies to virion−associated gp120 molecules of primary−like human immunodeficiency virus type 1(HIV−1)isolates: effect on HIV−1 infection of macrophages and peripheral blood mononuclear cells. Virology 229:360−369)。
【0041】
しかしながら、一部の分離物の感染は免疫前血清(非特異的中和)の存在下に減少したことが認められた。それ故、結果は2つの方法の中和実験から示される。1、同じ図面にはワクチン接種前(出血前)に集めた血清で記録された中和曲線と、ワクチン接種後の様々な段階で集めた血清で記録された中和曲線の両方が示されている。2、各血清希釈液についてワクチン接種後の血清で記録された中和%−ワクチン接種前の血清で記録された中和%の差を計算した。一部の図面には、この差(ここでは“特異的中和”と呼ばれる)が血清希釈液の関数としてプロットされている。同時に、MAb 2F5と2G12による中和に対する種々の一次分離物の感受性を評価した。
【0042】
これらの中和実験では、組換えSF2 gp120エンベロープで免疫したサルから集めた血清の能力を評価した。この免疫原は、HIVに対する潜在的ワクチンとして以前に試験されており、交差反応性中和抗体を高めることはできなかった(Mascola, J. R., S. W. Snyder, O. S. Weislow, S. M. Belay, R. B. Belshe, D. H. Schwartz, M. L. Clements, R. Dolin, B. S. Graham, G. J. Gorse, M. C. Keefer, M. J. McElrath, M. C. Walker, K. F. Wagner, J. G. McNeil, F. E. McCutchan, D. S. Burke & the NIAID AIDS vaccine evaluation group. 1996. Immunization with envelope subunit vaccine products elicits neutralizing antibodies against laboratory−adapted but not primary isolates of human immunodeficiency virus type 1. J. Infect. Dis. 173:340−348)。
【0043】
結果: ウサギにおける抗体の産生: SF162由来免疫原もΔV2免疫原も共にオリゴマーのΔV2gp140タンパク質とSF162gp140タンパク質双方に対して結合できる高力価の抗体を惹起した(図6)。予想されるように、抗体力価の変化がいずれのグループにも属している動物のワクチン接種計画全体に記録された。しかしながら、免疫計画全体で2つの動物グループ間に統計的に有意な抗体力価の差は記録されなかった。修飾免疫原又は非修飾免疫原で免疫したかに無関係に各動物における抗体力価は、最初の2回の免疫化(0週目と4週目)では非常に弱かった。4回目の免疫化(18週目)により、3回目の免疫(8週目)と比べて両動物グループにおいてlog102〜3で抗体力価の増加が得られた。5回目の免疫化(22週)は、4回目の免疫化と比べてSF162gp140抗原(log101未満だけ)に対する抗体力価を高めたが、ΔV2gp140タンパク質に対しては高めなかった。ワクチン接種計画の終わりに、両抗原に対して両動物グループに10〜10の程度で非常に強力な終点ELISA結合抗体が記録された。従って、ウサギにおいては、抗体力価を求めるためにここで用いられた分析に基づいて、修飾免疫原がV2ループから30個のアミノ酸を欠いているが抗体の産生を惹起させるのに非修飾免疫原と同様に有効であると思われる。
【0044】
SF162分離物とSF162ΔV2分離物に対するウサギ血清における中和抗体: いずれの免疫原も3回目の免疫化後にSF162ΔV2ウイルスに対する中和抗体を産生した(図7A)。修飾免疫原ワクチン接種グループにおいて高い中和力価の傾向が記録された。従って、70%感染阻止がSF162gp140免疫動物とSF162ΔV2免疫動物について記録された平均血清希釈度(及び標準誤差)は、それぞれ179(+/−34)と483(+/−148)であった。このワクチン接種の段階で、修飾免疫原で免疫した6匹の中から2匹(A8とA9)が親SF162分離物に対して中和抗体を惹起したが、非修飾免疫原で免疫した動物はいずれもそうのようにすることができる抗体を惹起しなかった(図7B)。しかしながら、SF162ウイルスとSF162ΔV2ウイルスに対する中和抗体を産生した動物の数は、それぞれ後続の免疫化で増加したので、免疫計画の終わりには(即ち、5回目の免疫化後)すべの動物がSF162ウイルスに対して中和抗体を産生した。更に、各血清の中和効力は、動物が修飾免疫原でワクチン接種されたか非修飾免疫原でワクチン接種されたかに無関係に各免疫化で高められた。
【0045】
免疫計画の終わりに、修飾免疫原で免疫したウサギから集めた血清は、非修飾免疫原で免疫した動物から集めた血清よりSF162ΔV2ウイルスとSF162ウイルスに対する中和効力が高かった。修飾免疫原で免疫した6匹の動物の中の6匹がSF162ΔV2ウイルスを中和できる抗体を1:5,000の希釈液において70%〜100%惹起した(図7A)。対照的に、同じ血清希釈液で非修飾エンベロープでワクチン摂取した6匹の動物のうち1匹(A1)だけがSF162ΔV2感染を50%だけ中和できる抗体応答を生じた。このグループの残りの5匹の動物は、この希釈液で有意な程度までSF162ΔV2感染を十分中和する抗体応答を惹起できなかった。修飾免疫原で免疫した動物から集めた血清と非修飾免疫で免疫したものとの間の中和可能性の差は、SF162ウイルスを中和する能力を比べた場合に明らかであった(図7B)。修飾抗原で免疫した6匹の動物の中の4匹(A8、A9、A10及びA12)から集めた血清は70%〜90%のSF162感染を1:100〜1:300の希釈液で中和した。対照的に、非修飾抗原で免疫した動物から集めた血清はいずれも同じ希釈液で70%〜90%だけのSF162感染を阻止することができなかった。
【0046】
ウサギにおける交差反応性中和抗体の産生: SF162ΔV2由来エンベロープ免疫原がSF162分離物自体に由来する免疫原より親SF162分離物(完全なエンベロープを発現する)に対して高い力価の中和抗体を惹起できたという事実は、修飾免疫原が交差反応性中和抗体、即ち、ワクチンに対して異種HIV−1一次分離物を中和できる抗体を惹起するのに効果的であるかを調べるのに我々を駆り立てた。種々のモノクローナル抗体に対する中和感受性が以前に証明されているそのようないくつかの分離物を試験した(D’Souza, M. P., D. Livnat, J. A. Bradac & S. H. Bridges. 1997, Evaluation of monoclonal antibodies to human immunodeficiency virus type 1 primary isolates by neutralization assays: performance criteria for selecting candidate antibodies for clinical trials. AIDS Clinical Trials Group Antibody Selection Working Group. J. Infect. Dis. 175:1056−62)。非修飾免疫原によって惹起された抗体で中和された点では6つの分離物の中から2つだけ(92US714と92HT593)であった(下記表1)。
【0047】
【表1】

Figure 2004520262
【0048】
中和活性を1:10の希釈液で評価し、DNAベクターのみでワクチン接種した動物から集めた血清で記録された非特異的中和を考慮に入れた(詳しくは材料及び方法を参照されたい)。(−): 50%の特異的中和が記録されなかった。(+): 50%〜80%の特異的中和が記録された。結果は3回の独立した中和実験からのものである。
A1の動物を除いて、他の動物はすべて92US714に対して中和抗体を産生し、A2とA5の動物のみが92HT593に対して中和抗体を産生した。対照的に、修飾ΔV2gp120免疫原で免疫した6匹の動物の中から4匹が試験したほとんどの異種分離物に対して交差反応性中和抗体を産生した。更に、修飾免疫原で免疫した動物から集めた血清の中和の強さは、非修飾免疫原で免疫した動物から集めた血清より大きかった(上記表1を参照されたい)。従って、感染の80%阻止は前者の血清でしばしば記録されたが、このレベルの阻止は2つの場合でのみ記録された(92US714と92HT593の分離物に対してA5の動物からの血清)。
【0049】
修飾ΔV2gp140免疫原でワクチン接種したアカゲザルにおける抗体の産生: 上記結果は、ワクチン惹起抗体の防御の可能性を結局は評価し得る動物モデルのアカゲザルにおける非修飾SF162gp140抗原と修飾ΔV2gp140抗原の免疫原の可能性の評価に駆り立てた。サルにこれらの2つの免疫原をDNAの初回刺激に続いてタンパク質の追加ワクチン接種方法を用いてワクチン接種した。
エンベロープ特異抗体は、2回目のDNA免疫後に検出可能であった(図8)。この段階で、修飾抗原で免疫した動物における終点ELISA力価(J408とH445の動物)は1:2,000の程度であった。対照的に、非修飾エンベロープで免疫した動物(N472とP655の動物)においては、抗体は動物N472でのみ検出可能であった(1:500の程度での終点ELISA力価)。H445の動物を除いて、3回目のDNA免疫化によって抗体力価は高められなかった。抗gp120抗体と抗gp41抗体はDNA免疫化で同調して産生した。
引き続き5〜10ヶ月の所見では、非修飾SF162gp140免疫原で免疫した動物において抗体は検出不可能であり、修飾ΔV2gp140免疫原で免疫した動物においては、抗体は常に検出可能であるが、その力価は経時低下した。
【0050】
DNA+タンパク質‘ブースター’免疫後、抗体力価はすべての動物において著しく増大した。ピーク値で(‘追加刺激’後の2〜4週間以内に達する)、修飾ΔV2gp140免疫原で免疫した動物における終点ELISA抗体力価はJ408の動物については1:30,000、H445の動物については1:110,000であった。力価は経時徐々に低下し、両動物共に数週間約1:8,000で安定であった。非修飾SF162gp免疫原でワクチン接種した動物においては高いピーク抗体力価が記録された(終点ELISA抗体力価がN472の動物では1:150,000、P655の動物では175,000)。次の7週間の所見では、両動物共に抗体力価が約1:35,000まで急速に低下した。従って、ウサギで記録されたものと対照的に、サルにおいては非修飾免疫原は修飾免疫原より高い力価の結合抗体を産生した。
予想されるように、抗HIVエンベロープ抗体はDNAベクターのみで免疫した対照動物(M844とH473)には産生されなかった。
同種SF162ΔV2分離物と親SF162分離物に対するサル血清の中和活性: DNA相の免疫化では、修飾ΔV2gp140で免疫した動物のみがSF162ウイルスとSF162ΔV2ウイルスに対して中和抗体を惹起した(図9A−B)。2回目のDNA免疫後、J408の動物は同種SF162ΔV2分離物に対して中和抗体を産生したが、親SF162分離物に対しては産生しなかった(図9A)。J408の動物における中和抗体の力価は、3回目のDNA免疫後増大し、その点で両分離物の中和が記録されたが、結合抗体の力価は同時に増大しなかった(図9B)。対照的に、H445の動物においてSF162ΔV2ウイルスに対しては非常に弱い中和抗体応答が惹起され、SF162ウイルスに対しては中和抗体応答が惹起されなかったが、この動物はJ408で産生したのと同様の力価の結合抗体を産生した(図9B)。
【0051】
DNA+タンパク質‘ブースター’免疫の2週間後、いずれの免疫原で免疫した動物から集めた血清もSF162ΔV2感染を阻止した。修飾免疫原で免疫した動物から集めた血清の中和の強さは、非修飾免疫原で免疫した動物から集めた血清より大きかった。例えば、SF162ΔV2感染の50%阻害は前者の血清から1:2,000〜1:5,000の希釈液で記録されたが、このレベルの阻害は後者の血清から集めた血清においてはこの希釈液で記録されなかった。いずれのΔV2gp140免疫動物も親SF162ウイルスに対して強い中和抗体を産生したが、SF162gp140免疫原で免疫した2匹の動物のうち1匹(N472)だけがこのウイルスに対して中和抗体を産生した。次の2週間にこれらの血清の中和の強さの変化は記録されなかったが、この期間中に抗体力価レベルの変化は検出可能であった(図9)。ベクターのみでワクチン接種した対照動物(M844とH473)は、中和抗体を産生しなかった。
サル血清による異種HIV−1一次分離物の中和: 修飾免疫原と非修飾免疫原で免疫したサルに惹起された中和抗体応答の幅は、異種クレードB HIV−1一次分離物の感染を阻止するこれらの2つの免疫原で免疫したサルから集めた血清の能力を比較することにより評価した。これらの分離物が種々のMAbによって中和される感受性は、以前に報告されている(D’Souza, M. P., D. Livnat, J. A. Bradac & S. H. Bridges. 1997. Evaluation of monoclonal antibodies to human immunodeficiency virus type 1 primary isolates by neutralization assays: performance criteria for selecting candidate antibodies for clinical trials. AIDS Clinical Trials Group Antibody Selection Working Group. J. Infect. Dis. 175:1056−62)。血清中和実験では、同時にこれらの分離物が2つの最も一般的に用いられる一次分離物中和MAb(2F5と2G12)により中和される感受性を評価した(表2)。
【0052】
【表2】
Figure 2004520262
【0053】
数値は、修飾ΔV2gp140(J408とH445)、非修飾SF162gp140(P655とN472)及び組換えgp120(L714とL814)で免疫した動物から集めた血清(1:10の希釈液)による一定のHIV−1分離物の中和%である。各分離物の共レセプターの使用を括弧に示す。中和%は材料及び方法に記載されているように計算され、免疫計画の開始前に同じ動物から集めた血清で記録された非特異的中和を考慮に入れた。(A): J408とH445の動物のDNA+タンパク質‘ブースター’免疫の2週間後に集めた血清及び(B)最後のタンパク質‘ブースター’免疫の2週間後に集めた血清。数値は、2〜3回の独立した実験からの平均である。2F5と2G12による25μg/mlのMAbでの中和に対するこれらの分離物の感受性も示されている。NT:評価せず。
サルにおけるDNA相の免疫化では異種分離物中和は記録されなかった(1:10の希釈液で感染阻止50%未満)。DNA+タンパク質‘ブースター’免疫の2週間後、修飾ΔV2gp140タンパク質でワクチン接種した2匹の動物から集めた血清は、試験した異種HIV−1一次分離物の一部を中和した(図10)。試験した最低血清希釈液(1:10)において、また、免疫前血清で記録された非特異的中和を考慮に入れた場合(詳しくは材料及び方法を参照されたい)、80〜90%の感染阻止がJ408によりADA、91US056と92US714の分離物で、また、H445血清によりADA、92US714と92US660の分離物でのみ記録された(図10及び表2)。これらの2匹の動物から集めた血清の交差中和活性は異なった。例えば、92US660感染は、H445とJ408の血清でそれぞれ80%と50%だけ阻止された。血清交差中和活性はその後の週の所見では低下した(図10)。このDNA+タンパク質‘ブースター’免疫の5週間後に集めた血清は、交差反応性中和活性がなかったが、SF162とSF162ΔV2の分離物の強力な中和はなお記録された。
【0054】
このDNA+タンパク質‘ブースター’免疫後、非修飾免疫原でワクチン接種した動物における結合抗体力価は修飾免疫原でワクチン接種した動物より大きいという事実にもかかわらず(図8)、前者の血清は試験した異種分離物のいずれも中和することができなかった(表2)(即ち、50%未満の特異的中和が記録された)。従って、ウサギにおいて非修飾免疫原は一部の異種HIV−1一次分離物に対して中和抗体を惹起することができた(修飾免疫原より非常に効率が悪いが)(表1)が、アカゲザルにおいてはそのように惹起できなかった。
同時に、組換えSF2由来gp120タンパク質で免疫したサルから集めた血清により中和される異種分離物の感受性を評価した。このタンパク質は、ワクチン候補として以前に評価されており、交差反応性中和抗体を惹起するのに無効であった。即ち、1:10の血清希釈液で50%未満の中和が記録された(Mascola, J. R., S. W. Snyder, O. S. Weislow, S. M. Belay, R. B. Belshe, D. H. Schwartz, M. L. Clements, R. Dolin, B. S. Graham, G. J. Gorse, M. C. Keefer, M. J. McElrath, M. C. Walker, K. F. Wagner, J. G. McNeil, F. E. McCutchan, D. S. Burke & the NIAID AIDS vaccine evaluation group. 1996. Immunization with envelope subunit vaccine products elicits neutralizing antibodies against laboratory−adapted but not primary isolates of human immunodeficiency virus type 1. J. Infect. Dis. 173:340−348)。ここで試験した分離物はすべてSF2 gp120タンパク質で惹起される抗体による中和に感受性でなかった(表2)。
【0055】
修飾ΔV2gp140タンパク質による2回目の‘ブースター’免疫: 上記結果は修飾ΔV2gp140免疫原が非修飾免疫原より交差反応性中和抗体応答を惹起するのに実際に効果的であることを示したが、これらの応答は親SF162分離物に対して記録されたものより弱かった(図11A−B)。これらの応答の強さと幅を更に増大させる努力として、精製オリゴマーΔV2gp140タンパク質で1回更に免疫することによりH445とJ408の動物において抗体力価を更に‘追加刺激’することが試みられた(このときDNA免疫はない)。
抗体力価の増大は実際にこのタンパク質‘追加刺激’後に記録されたので、ピーク値(1:145,000終点ELISA力価)の力価はDNA+タンパク質による最初の‘ブースター’免疫化で記録されたものより約3倍大きかった(図11A)。同時に、同種SF162ΔV2分離物と親SF162分離物に対する中和抗体の力価に著しい増加が見られた(図11)。
この最後の‘追加刺激’の2週間と5週間後に集めた血清の中和可能性の差は報告されなかったが、結合抗体力価は同期間中に著しく減少した。しかしながら、予想外に、試験したほとんどの異種一次分離物に対する同じ血清の中和可能性がたいてい減少した(表2)。従って、BZ167、92US657及びADAの分離物を除いて、試験した異種分離物のすべてが2回目の‘追加刺激’の2週間後に集めた血清による中和に抵抗した。面白いことに、分離物92US657は1回目の追加刺激後に集めた血清による中和に抵抗したが、2回目の追加刺激後に集めた血清による中和には感受性であった。
【0056】
修飾ΔV2gp140でワクチン接種したアカゲザルにおける抗V3ループ抗体の産生: 親SF162ウイルスと同種SF162ΔV2ウイルスに対する中和活性の増大と2回目の‘ブースター’免疫後の異種分離物に対する中和活性の減少の説明は、修飾ΔV2gp140タンパク質による多重免疫化がSF162エンベロープとSF162ΔV2エンベロープ上でユニークに(又は優先して)発現するエピトープに対する抗体の力価を増大させるということである。ΔV2gp140による多重免疫化により高力価の抗V3ループ抗体の産生が得られることはありそうなことである。そのような抗体の力価を求めるために、SF162/SF162ΔV2由来V3ループを用いたV3ループぺプチドに基づくELISA分析を用いた(図12A−B)。このぺプチドは、線状(447D)エピトープ(Conley, A. J., M. K. Gorny, J. A. Kessler, second, L. J. Boots, M. Ossorio−Castro, S. Koenig, D. W. Lineberger, E. A. Emini, C. Williams & S. Zolla−Pazner. 1994. Neutralization of primary human immunodeficiency virus type 1 isolates by the broadly reactive anti−V3 monoclonal antibody, 447−52D. J. Virol. 68:6994−7000; Gorny, M. K., A. J. Conley, S. Karwowska, A. Buchbinder, J.−Y. Xu, E. A. Emini, S. Koenig & S. Zolla−Pazner. 1992. Neutralization of diverse human immunodeficiency virus type 1 variants by an anti−V3 human monoclonal antibody. J. Virol. 66:7538−7542)にもコンフォメーショナル(391〜95D)エピトープ(Seligman, S. J., J. M. Binley, M. K. Gorny, D. R. Burton, S. Zolla−Pazner & K. A. Sokolowski. 1996. Characterization by serial competition ELISAs of HIV−1 V3 loop epitopes recognized by monoclonal antibodies. Mol. Immunol. 33:737−745)にも結合する抗体によって認識された(図11A)。
【0057】
抗V3ループ抗体は修飾ΔV2gp140免疫原によるサルの免疫化時に産生されたが、力価は全体のエンベロープに対するものより非常に小さかった(図11B)。更に、2回目の‘ブースター’免疫は抗V3ループ抗体の力価を高めなかった。しかしながら、これらの動物の血清中に存在するある種の抗V3ループ抗体がELISA方式でV3ループぺプチドと効率よく相互作用することができないが、未変性エンベロープ上のエピトープに結合することができることは留意すべきである(Moore, J. P. 1993. The reactivities of HIV−1+human sera with solid−phase V3 loop peptides can be poor predictors of their reactivities with V3 loops on native gp 120 molecules. AIDS Res. Hum. Retroviruses 9:209−19)。更に、ここで用いられるV3ループぺプチドはV3ループのカルボキシ末端とアミノ末端にかからず、分析はこれらの2つの領域をターゲッティングする抗体を検出しない。従って、修飾ΔV2gp140で惹起する抗体のエピトープ特異性を更に詳しく調べることが必要である。
【0058】
図13A及び13Bは、異なるクレードのHIV−1ウイルスを中和することによる本発明の免疫原によって惹起される異種免疫応答を示すグラフである。図13AはH445の動物からの血清を用いた中和を示し、図13BはJ408からの血清を用いた中和を示している。
本発明を個々の実施態様、個々の材料、手順及び実施例によって記述し具体的に説明してきたが、本発明が材料の具体的な材料の組合わせやそのために選ばれた手順に限定されないことは理解される。実際は、本明細書に記載されたもおのほかに本発明の種々の変更が上記説明と添付の図面から当業者には明らかである。そのような変更は、前述の特許請求の範囲の範囲内に包含されるものである。
種々の文献が本明細書に引用され、その開示は本願明細書に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】
免疫化で抗HIV−1エンベロープ結合抗体の産生を示すグラフである。ワクチン、即ち、精製SF162ΔV2 gp140オリゴマータンパク質に対して、免疫計画全体で動物J408とH445における結合抗体のエンベロープ特異的力価を求めた。点線は、免疫化の時間を示し、矢印はウイルス攻撃の時間を示している。
【図2】
HIV−1中和抗体の産生を示すグラフである。同種SF162ΔV2ウイルスや親SF162ウイルスに対する中和抗体の存在を、免疫計画中の様々な時点で求めた。○: 出血前; ▲: 3回目のDNA免疫化の1ヶ月後; ■: 1回目の‘追加免疫’の2週間後; 及び◆: 2回目の‘追加免疫’の2週間後。
【図3】
CD8+ Tリンパ球の枯渇: CD8+ Tリンパ球は抗CD8 MAb OKT8Fのボーラス注射(矢印)によりワクチン接種した動物から枯渇したことを示すグラフである。SHIV 162P4攻撃(点線)前後の種々の時点で集めた試料において、ワクチン接種した動物とワクチン接種していない動物からの循環しているCD4+(黒い丸)、CD8+ T(白い丸)及び全CD3+ Tリンパ球(星印)の数を求めた。
【図4A−B】
SHIV162P4曝露後のウイルス負荷と抗HIVエンベロープ抗体力価の産生を示すグラフである。(A)ウイルス負荷は血漿1 ml当たりのRNAコピー数として示されている。点線は、この分析の検出限界を示している(<500コピー/ml)。十字:ワクチン接種していない動物AT54を、攻撃後のサルエイズ(SAIDS)の発症の111日後に安楽死させた。矢印は、ワクチン接種した動物の末梢にCD8+細胞が再び現れた時点を示している。(B)SHIV162P4攻撃後の抗HIVエンベロープ抗体の産生をSF162ΔV2 gp140に基づくELISA法によりモニターした。終点ELISA力価が示されている。
【図5】
ワクチン接種したサルとワクチン接種していないサルにおけるSIV−gag/pol抗原とHIV env抗原への動物の血清変換を示す図である。
【図6】
ウサギにおける抗体産生を示す図である。抗エンベロープ抗体の産生をELISA法により求めた。6匹の動物(A1〜A6)を非修飾SF162gp140免疫原を発現するDNAで、6匹(A7〜A12)を修飾ΔV2gp140免疫原を発現するDNAで免疫化した。それぞれの免疫化の2週間後に、SF162gp140とΔV2gp140のオリゴマータンパク質を用いたELISA法により力価を求めた。点線は各免疫化の時点を示している。
【図7a】
ウサギ血清によるSF162ΔV2ウイルスとSF162ウイルスの中和を示すグラフである。SF162ΔV2(A)ウイルスとSF162(B)ウイルスに対する3回目と5回目の免疫化後に集めた血清を用いた中和実験からの結果が示されている。データは少なくとも3回の独立した実験の代表である。記号は3回の実験ウェルからの平均中和%と標準偏差を示している。点線は感染の50%阻止、70%阻止及び90%阻止を示している。点線と星印(対照)はDNAベクターのみで免疫化された動物から集めた血清で得られた中和曲線であり、非特異的中和を示している。
【図7B】
ウサギ血清によるSF162ΔV2ウイルスとSF162ウイルスの中和を示すグラフである。SF162ΔV2(A)ウイルスとSF162(B)ウイルスに対する3回目と5回目の免疫化後に集めた血清を用いた中和実験からの結果が示されている。データは少なくとも3回の独立した実験の代表である。記号は3回の実験ウェルからの平均中和%と標準偏差を示している。点線は感染の50%阻止、70%阻止及び90%阻止を示している。点線と星印(対照)はDNAベクターのみで免疫化された動物から集めた血清で得られた中和曲線であり、非特異的中和を示している。
【図8】
アカゲザルにおける抗体の産生を示すグラフである。修飾ΔV2gp140免疫原で免疫化した動物(J408とH445)及び非修飾SF162gp140免疫原で免疫化した2種の動物(P655とN472)、並びにDNAベクターのみで免疫化した対照動物(M844とH473)における抗エンベロープ抗体の産生を対応するタンパク質を用いたELISA法により求めた。点線は免疫化の時点を示している。DNA: 動物は各免疫原のgp140型を発現するDNAベクターで3回1ヶ月毎に免疫処置した。対照動物はDNAベクターのみを投与した。DNA+タンパク質: 動物は4回免疫処置し、同時にMF−59Cのアジュバントを用いた対応するCHO産生gp140オリゴマータンパク質で免疫した。対照動物はアジュバントのみを投与した。
【図9A】
アカゲザル血清の中和活性を示すグラフである。修飾ΔV2gp140(A)と非修飾(B)SF162gp140免疫原で免疫した動物から集めた血清のSF162ウイルスとSF162ΔV2ウイルスに対する中和活性を実施例2に記載されたように求めた。点線は、感染の50%阻止、70%阻止及び90%阻止を示している。結果は3〜5回の独立した実験の代表である。データは、3回の実験のウェルからの平均と標準偏差を示している。出血前(プレブリード(Pre−bleed)): ワクチン接種の開始前に集めた血清; 2回目のDNA及び3回目のDNA: それぞれ2回目と3回目のDNA投与の1ヶ月後に集めた血清; 追加刺激の2週間後と4週間後: それぞれDNA+タンパク質‘ブースター’免疫の2週間後と4週間後に集めた血清。
【図9B】
アカゲザル血清の中和活性を示すグラフである。修飾ΔV2gp140(A)と非修飾(B)SF162gp140免疫原で免疫した動物から集めた血清のSF162ウイルスとSF162ΔV2ウイルスに対する中和活性を実施例2に記載されたように求めた。点線は、感染の50%阻止、70%阻止及び90%阻止を示している。結果は3〜5回の独立した実験の代表である。データは、3回の実験のウェルからの平均と標準偏差を示している。出血前(プレブリード(Pre−bleed)): ワクチン接種の開始前に集めた血清; 2回目のDNA及び3回目のDNA: それぞれ2回目と3回目のDNA投与の1ヶ月後に集めた血清; 追加刺激の2週間後と4週間後: それぞれDNA+タンパク質‘ブースター’免疫の2週間後と4週間後に集めた血清。
【図10】
サル血清による異種クレードB HIV−1一次分離物の中和を示すグラフである。ワクチンに異種HIV−1一次分離物に対する、DNA+タンパク質‘ブースター’免疫の2週間後と4週間後に集めた血清の中和活性を実施例2に記載されたように求めた。点線は、感染の50%阻止、70%阻止及び90%阻止を示している。数値は特異的中和を示し、ワクチン接種後に集めた血清で記録されたウイルス中和%とワクチン接種開始前に集めた血清で記録されたウイルス中和%との間の差として定義される。データ点は、2回の独立した実験からの平均特異的中和%を示している。
【図11A】
修飾ΔV2gp140タンパク質による2回目の‘ブースター’免疫後の結合抗体と中和抗体の産生を示すグラフである。(A)修飾ΔV2gp140でワクチン接種した2種のアカゲザル(J408とH445)における抗エンベロープ抗体の産生を、実施例2に記載されたようにELISA法により求めた。点線は免疫化時を示している。DNA: その免疫原のgp140型を発現するDNAベクターで3回1ヶ月毎に免疫処置した。DNA+タンパク質: 動物は4回目のDNA免疫処置と精製ΔV2gp140オリゴマータンパク質を投与した。タンパク質: 動物を精製ΔV2gp140オリゴマータンパク質のみで免疫した。(B)2回目の‘追加刺激’後の血清のSF162ΔV2分離物とSF162分離物に対する中和活性を1回目の‘追加刺激’後に集めた血清と比較した(図4を参照されたい)。免疫前血清(出血前(プレブリード))で記録された非特異的中和も示されている。
【図11B】
修飾ΔV2gp140タンパク質による2回目の‘ブースター’免疫後の結合抗体と中和抗体の産生を示すグラフである。(A)修飾ΔV2gp140でワクチン接種した2種のアカゲザル(J408とH445)における抗エンベロープ抗体の産生を、実施例2に記載されたようにELISA法により求めた。点線は免疫化時を示している。DNA: その免疫原のgp140型を発現するDNAベクターで3回1ヶ月毎に免疫処置した。DNA+タンパク質: 動物は4回目のDNA免疫処置と精製ΔV2gp140オリゴマータンパク質を投与した。タンパク質: 動物を精製ΔV2gp140オリゴマータンパク質のみで免疫した。(B)2回目の‘追加刺激’後の血清のSF162ΔV2分離物とSF162分離物に対する中和活性を1回目の‘追加刺激’後に集めた血清と比較した(図4を参照されたい)。免疫前血清(出血前(プレブリード))で記録された非特異的中和も示されている。
【図12A−B】
修飾ΔV2gp140免疫原で免疫したサル(マカク)から集めた血清における抗V3ループ抗体の存在を示すグラフである。SF162/SF162ΔV2エンベロープ由来のV3ループぺプチドを用いたELISA法の使用により抗V3ループ抗体の産生を求めた。(A)まず、捕捉V3ループぺプチドが線状(447D)V3エピトープとコンフォメーショナル(391−95D)V3ループエピトープを認識する特異的抗V3ループMAbと相互作用するかを調べた。(B)次に、2種のワクチン接種した動物から1回目と2回目の追加刺激の2週間後と4週間後に集めた血清中に存在する抗V3ループ抗体の力価を求めた。比較として同じ血清中に存在する全抗エンベロープ抗体の力価も含めた。
【図13A】
V2領域欠失があるHIV−1クレードB免疫原由来修飾エンベロープタンパク質で免疫した2種の動物からの血清によるクレードA、E及びDのHIV−1の中和を示すグラフである。
【図13B】
V2領域欠失があるHIV−1クレードB免疫原由来修飾エンベロープタンパク質で免疫した2種の動物からの血清によるクレードA、E及びDのHIV−1の中和を示すグラフである。
【図14】
全長SF162ΔV2 gp140エンベロープタンパク質のポリヌクレオチド配列を示すアミノ酸配列である(配列番号1)。
【図15】
SF162ΔV2 gp140エンベロープタンパク質断片のポリヌクレオチド配列を示すアミノ酸配列である(配列番号3)。
【図16】
全長SF 162ΔV2 gp140エンベロープタンパク質を示すアミノ酸配列である(配列番号2)。
【図17】
SF162ΔV2 gp140エンベロープタンパク質断片を示すアミノ酸配列である(配列番号4)。[0001]
Background of the Invention
DNA immunization stimulates both the cellular and humoral arms of the immune system (Liu, MA, Y. Yasutomi, ME-Davis, HC Perry, DC). Freed, N.L.Letvin & J.W. Shiver. 1996. Vaccination of mice and nonhuman primates using HIV-gene-gun-containing DNA, vol.48, Kargersger. E. Davies, H. C. Perry, D. C. Freed, & M. A. Liu. 1996. Human and cellular immunities elicited by HIV-1 DNA vac. 85. 1317-1324; Shiver, JW, H. C. Perry, M.-E. Davies, D.C. Freed & M.A. Liu. 1995. Cytotoxicic T. ination.J. Pharm.Sci. Lymphocite and helper T cell responses following HIV HIV Nucleotide vaccination. DNA Vaccines. 772: 198-208, J. Elm, J.U., J.U., J.U. Immunities elicited by DNA vaccines: Application to the human Immunodeficiency virus and influenza. Adv. Drug Del. Rev. 21: 19-31-18) together with a slowly replicating virus such as HIV-1 in chimpanzees elicit an immune response that can prevent infection of animals (Boyer, J. D., KEE Ugen, B. Wang, M. Agadjanyan, L. Gilbet, M.L. Bagarazzzi, M. Chattergoon, P. Frost, A. J. avadian, W.V.V. Refaeli, R .; B. Ciccarelli, D.C. McCallus, L .; Coney & D. B. Weiner. 1997. Protection of Chinas from high-dose heterologous HIV-1 challenge by DNA vaccination. Nature Med. 3: 526-532).
[0002]
However, if the challenge virus replicates efficiently in the host, such as SIV or SHIV in monkeys, the DNA-evoked immune response provides only partial protection (Boyer, JD, B. Wang, KE Ugen, M. Agadjanyan, A. Javadian, P. Frost, K. Dang, R. A. Carrano, R. Ciccarelli, L. Conney, W.V. Williams & D.B.viet.vivi. Lu, S., J. Immun responses in non-human primates through DNA immunization. J. Med. Protomol. 25: 242-250; rthos, DC Montefiori, Y. Yasutomi, K. Manson, F. Mustafa, E. Johnson, J.C. Santoro, J. Wissink, J.I.N.R.J.M.R. Letvin, M. Wyand & HL Robinson, 1996. Simian immunodeficiency virus DNA vaccine trial in macaques. J. Virol, 70: 3978-Ron, Rob. Johnson, KL Manson, ML Kalish, JD Lifeson, TA Rizvi, S. Lu, S. L. Hu, GP Mazzara, DL Panicali, JG Herdon, R. Glickman, MA Candido, SL Lydy, MS Wyand & H. M. McClure. Neutralizing antibody-independent involvement of immunodeficiency virus challenges by DNA priming and recombinant pox virus bots. Nature Medicine. 5: 526-34).
[0003]
In order to enhance the strength of these responses, especially the production of high anti-HIV / SIV envelope antibody titers, continuous administration of a soluble viral envelope protein, virus particle or recombinant vaccinia virus expressing the HIV / SIV envelope is required. (Agadjyanan, MG, NN Trivedi, S. Kudchodkar, M. Bennett, W. Levine, A. Lin, J. Boyer, D.J.J.E.G., UK, K.E. & DB Weiner 1997. An HIV type 2 DNA vaccinates cross-reactive immune response against HIV type 2 and SIV.AIDS Res. 13: 1561-1572; Barnett, SW, JM Klinger, B. Doe, C. M. Walker, L. Hansen, A. M. Duliege & F. M. Singl. Boost Immunization Strategies against HIV. AIDS Res. Hum. Retroviruses. 14 Suppl 3: S299-309; Letvin, N.L., D.C., Montyori, Y.M.Y.Y.M. Davies, C. Lekutis, M. Alloy, DL Freed, CI Lord, LKK Handdt, MA Liu & JW ...... Shiver 1997. Potent protective anti-HIV immune responses generated by bimodal HIV envelope DNA plus protein vaccination Proc Natl Acad Sci 94: 9378-9383;
[0004]
Richmond, J. et al. F. , S.M. Lu, J.M. C. Santro, J .; Weng, S.W. L. Hu, D.S. C. Montefiori & H.M. L. Robinson. 1998. Studies of the Neutralizing Activity and Ability of Anti-Human Immunodeficiency Virus Type 1 Environment of the Organized Bibliography of the United States 72: 9092-100; Richmond, J. M .; F. L. , Mustafa, S.M. Lu, J.M. C. Santro, J .; Weng, M.W. O'Connell, E .; M. Fenyo, J .; L. Hurwitz, D.S. C. Montefiori & H.M. L. Robinson. 1997. Screening of HIV-1 Env glycoproteins for the availability to raise neutralizing antibody using DNA immu nization and recombinant vaccina virus. Virology. 230: 265-274; Robinson, H .; L. , D. C. Montefiori, R .; P. Johnson, K.C. H. Manson, M .; L. Kalish, J .; D. Lifson, T .; A. Rizvi, S.M. Lu. Hu, G. P. Mazzara, D.M. L. Panicali, J .; G. FIG. Herndon, R .; Glickman, M .; A. Candido, S.M. L. Lydy, M .; S. Wyand & H. M. McClure, 1999. Neutralizing antibody-independent intervention of immunodeficiency viruses challenges by DNA priming and recombinant pox virus botany. Nature Medicine. 5: 526-34).
[0005]
This bimodal immunization elicits a response that can protect rhesus monkeys (Rh) from infection with SHIV (Letvin, NL, DC Montefiori, Y. Yasutomi, HC Perry, M.-E. Davies, C. Lekutis, M. Alloy, D.L. Freeed, C.I.L.L.D., L.K. Handdt, M.A. Liu & J.W. Shiv. Responsible investment proposals. generated by bimodal HIV envelope DNA plus protein vaccination. Proc. Natl. Acad. Sci. 94: 9378-9383; Robinson, H .; L., DC Montefiori, RP Johnson, KH Manson, ML Kalish, JD Lifeson, T. A. Rizvi, S. Lu, S. L. Hu, G. P. Mazzara, DL Panicali, J. G. Herndon, R. Glickman, MA Candido, SL. Lydy, MS. Wyand & H. M. memoy. Independent Containment of Immunodeficiency Virus Challenges by DNA Priming and Recombinant Pox Virus Booster Booster Immunizations. Nature Medicine. 5: 526-34). However, since the vaccination method produced both a cellular and a humoral antiviral response, the recorded protection was induced by DNA immunization in a cellular and / or humoral antiviral response. It is not clear if they were brokered by. By assessing and comparing the role of each of these two types of responses in antiviral protection, more effective DNA immunization protocols can be developed.
[0006]
Analysis of the crystal structure of the gp120 HIV envelope subunit shows that the neutralizing epitope is mainly clustered on one surface of the protein that is naturally closed in the oligomer envelope form, ie, the surface of virions and infected cells. (Kwong, PD, RD Wyatt, J. Robinson, RW Sweet, J. Sodroski & W. A. Hendrickson. 1998. Structure of HIVA. envelope glycoprotein in complex with the CD4 receptor and a neutralizing human antibody. Nature (London) 393: 648-659; Wyatt, R., P, D. Kwong, E. Desjardins, R. W. Sweet, J. Robinson, WA Hendrickeson & J. G. Socitechnique, 1998, Therapeuticgene. (London) 393: 705-711).
[0007]
These structural findings have been supported by numerous immunochemical and virological experiments (Bou-Habib, DC, G. roderiquez, T. Oravesz, P.W. Berman, P. Lusso). & M. A. Norcross 1994. Cryptic nature of envelope V3 region epitopes protects primary monocytotropic human immunodeficiency virus type 1 from antibody neutralization J. Virol 68:... 6006-6013; Moore, J. P., J. A. McKeating , Y. Huang, A. Askenazi & D. D. Ho. 1 992. Virions of primary human immunodeficiency virus type 1 isolates resistant to soluble CD4 (sCD4) neutralization differ in sCD4 binding and glycoprotein gp120 retention from sCD4-sensitive isolates J. Virol 66:.. 235-243; Reitter, J. N., RE Mcans & RC Desrosiers. 1998. A role for carbohydrates in immune evolution in AIDS.Nat.Med. 4: 679-684; Satentau, & Q.J. P. Moore 1991. Conformational changes induced in the human immunodeficiency virus envelope glycoprotein by soluble CD4 binding J. Exp Med 174:.... 407-415; Sattentau, Q. J., J. P. Moore, F. Vignaux, 1993. F. Traincard & P. Poignard.1993.Conformal changes induced in the environment glycoproteins of the human and simulating disease rebirth reciprocity. g. J. Virol. 67: 7383-7393;
[0008]
Stamatatos, L .; & C. Cheng-Mayer. 1995. Structual modulations of the envelope gp120 glycoprotein of human immunodeficiency virus type 1 upon oligomerization and differential V3 loop epitope exposure of isolates displaying distinct tropism upon virion-soluble receptor binding. J. Virol. 69: 6191-6198; Sullivan, N .; Y. Sun, J.M. Li, W.S. Hofmann & J.A. Sodroski. 1995. Replicative function and neutralization sensibility of envelope glycoproteins from primary and T-cell line-passed humidifice. J. Virol. 69: 4413-4422; Wyatt, R .; , J. et al. Moore, M .; Accola, E .; Desjardin, J.M. Robinson & J.S. Sodroski. 1995. Involvement of the V1 / V2 variable loop structure in the exposure of human immunodeficiency virus type 1 gp120 epidep. J. Virol. 69: 5723-5733; Wyatt, R .; , N .; Sullivan, M .; Tali, H .; Repke, D .; Ho, J .; Robinson, M .; Posner & J.S. Sodroski. 1993. Functional and immunological charactrization of human immunodeficiency virus type 1 envelope glycoproteins containing removals of the reimaging. J. Virol. 67: 4557-4565).
The present invention relates to the enhancement of effective vaccination against HIV-1.
Citation of a document herein shall not be construed as an admission that such document can be used as prior art to the present invention.
[0009]
Summary of the Invention
According to the present invention, there is provided a method for raising a heterologous immune response against HIV-1 in an animal, the animal comprising at least one modified HIV-1 envelope protein or a fragment thereof, or at least one modified HIV-1 The method is provided by immunizing with a DNA or virus encoding the envelope protein or a fragment thereof, or a combination thereof, wherein the modified envelope protein has a deletion of the HIV-1 envelope protein V2 region. The modified HIV-1 envelope protein may be a recombinant protein of a fragment expressed in a mammalian cell. Preferably, the modified HIV-1 envelope protein or a fragment thereof is glycosylated. The immunized animal has shown an immune response to at least one strain of HIV-1 other than the immunogen. In a preferred embodiment, the immune response comprises a humoral response. In a further preferred embodiment, the humoral response includes a neutralizing antibody, and in a most preferred embodiment, a protective antibody. Preferably, the animal is a human.
[0010]
In a non-limiting example, the immunogen is a modified HIV-1 envelope protein from Clade B HIV-1 strain or a fragment thereof, or a DNA encoding a modified HIV-1 envelope protein from Clade B HIV-1 strain or Contains a virus or a fragment thereof. In a preferred embodiment, the HIV-1 strain is SF162. As an example, the modified HIV-1 envelope protein or fragment thereof is SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, and the DNA encoding at least one modified HIV-1 envelope protein or fragment thereof is SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 4. 3.
[0011]
In another broad aspect of the invention, there is provided at least one modified HIV-1 envelope protein or fragment thereof, wherein the HIV-1 envelope protein has a V2 region deletion, to immunize the animal against the HIV-1 virus. Or a DNA or virus encoding at least one of the modified HIV-1 envelope proteins or fragments thereof, or a combination thereof, in an effective amount for inducing a heterologous immune response, and a pharmaceutically acceptable carrier or excipient. A vaccine pharmaceutical composition is provided. Modified HIV-1 envelope proteins or fragments thereof can be expressed in mammalian cells. It may be glycosylated. In embodiments, the modified HIV-1 envelope protein or fragment thereof is from a Clade B HIV-1 strain. In a preferred embodiment, the HIV-1 strain is SF162. As a non-limiting example, the modified HIV-1 envelope protein or fragment thereof is SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, and the DNA encoding at least one of the modified HIV-1 envelope proteins or fragments thereof is SEQ ID NO: 1. Or, it is SEQ ID NO: 3. Immunization or vaccination of an animal with the aforementioned vaccine pharmaceutical composition elicits a heterologous immune response against HIV-1. The response includes a humoral response. In embodiments, the humoral response includes a neutralizing antibody. In a preferred embodiment, the raised antibodies are protective antibodies.
[0012]
The present invention also provides a method of evaluating whether a compound is capable of producing at least one neutralizing antibody against at least one heterologous HIV-1 strain in an animal, comprising immunizing the animal with the compound. Depleting the animal's CD8 + cells, and screening the animal for the presence of neutralizing antibodies, preferably protective antibodies, against at least one heterologous HIV-1 strain. In a preferred embodiment, the step of depleting is performed by administering an anti-CD8 monoclonal antibody to said animal. The compound may be an HIV-1 derived polypeptide or a fragment thereof or a DNA or virus encoding the peptide or a fragment thereof, wherein the immunogen is a virus or DNA vaccine, a protein, or a combination thereof. Contains. The protective antibody is preferably a neutralizing antibody, most preferably a protective antibody. The animal for detecting the protective antibody is a wild-type HIV-1 or SHIV strain, or an animal capable of responding to the protective antibody against wild-type HIV-1 or SHIV-1 and infectable.
The present invention further relates to a method for producing the above-mentioned protein, protein fragment, DNA or virus encoding the protein or protein fragment. Preferably, the protein immunogen is expressed in mammalian cells and is therefore glycosylated.
These and other aspects of the present invention will be better understood with the following drawings and detailed description.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
We have shown that strong neutralization as part of an anti-HIV-1 envelope-specific immune response by animal immunization with a modified HIV-1 envelope protein having a deletion in the V2 (secondary hypervariable) region. We have made the surprising discovery that antibodies are raised. Furthermore, the immune response is not only to the wild-type of the immunogen envelope protein, but also to other HIV-1 viruses in and out of the clade from which the immunogen is derived. This strong heterologous immune response, especially a strong humoral response, offers a new means of vaccination for prevention and treatment of HIV infection, among other immunotherapies. The present invention relates to both DNA vaccines, viral vaccines or protein vaccines comprising one or more envelope proteins or fragments thereof with a deletion in the V2 region, and methods of using the same.
[0014]
In a non-limiting embodiment, immunization can be performed with DNA or a virus encoding an HIV-1 envelope protein or a fragment thereof that has a deletion in the V2 region. As described in the Examples below, a DNA vector capable of expressing a modified gp140 envelope protein from HIV-1 strain SF162 (clade B) containing a partial deletion in the V2 hypervariable region was prepared. In this case, the first 27 N-terminal amino acids (81 nucleotides) of the DNA and protein sequences, respectively, were not expressed. These DNA and protein fragments of the modified gp140 of SF162 are shown in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, respectively. The corresponding full-length sequence SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 are used for the same purpose. DNA immunization of monkeys elicited an immune response containing strong neutralizing antibodies. When CD8 + T lymphocytes were depleted and challenged with SHIV162P4, vaccinated animals had lower viremia peaks, faster virus clearance from plasma, and slower seroconversion compared to unimmunized control animals. . These results demonstrate that the immunogens of the present invention elicit a strong protective humoral response. In addition, as noted above, cross-neutralizing reactivity was observed against several heterologous HIV-1 strains, supporting the utility of V2-deleted immunogens in raising a universal immune response against HIV-1 strains. Was. In immunized rabbits, the modified (V2-deleted) immunogen is even more effective in raising neutralizing antibodies against the homologous parent SF162 virus and also against some heterologous HIV-1 isolates. In monkeys, the modified immunogen was able to elicit neutralizing antibodies only against heterologous isolates.
[0015]
The present invention relates to immunization types or protocols, such as DNA, viruses, proteins, combinations thereof, or at least one of the immunogens described herein, plus one or more adjuvants or sets of materials. The type or protocol of immunization using the combination, and HIV- containing a deletion in the V2 (secondary hypervariable) loop (also referred to herein as the V2 domain or V2 region) as an immunogen. (1) An immunization protocol using a protein or DNA encoding a virus envelope protein. The wild-type sequence of the HIV-1 envelope protein candidate for deletion in the V2 region in the protein, DNA or viral immunogens described herein can be found at http: // idiotype. lanl. gov /, and all such sequences are incorporated herein in their entirety as starting sequences for the preparation of immunogens. One or a combination of such immunogens can be used together. In addition, various other modifications of the modified (ie, containing the V2 loop deletion) envelope protein of the invention or the DNA encoding the modified envelope protein of the invention can be made without departing from the invention. For example, the DNA or viral nucleotide sequence encoding the native envelope writer of the modified protein is replaced with a signal peptide of a human tissue-specific plasminogen activator gene for high protein expression in mammalian cells, for example. be able to.
[0016]
Other signal peptides can also be used. In other embodiments, a portion of the modified protein or its encoding DNA sequence may be truncated to obtain an immunogen to produce a neutralized humoral response, and such modifications are not fully described herein. included. Preferably, the fragment is truncated at the N-terminus of the modified protein or the DNA or virus encoding the modified protein, wherein the truncation is from 1 to about 30 amino acids, but is not so limited, and as used herein. Other truncations that provide an immunogen with the described immunological properties are also included. In addition, expression of the DNA construct in mammalian cells as shown in the examples herein results in glycosylated proteins glycosylated at asparagine residues as shown in FIGS. 16 and 17. The resulting protein immunogenic compositions also include glycosylated forms of the protein. Thus, the aforementioned non-limiting examples of immunogenic aspects of the proteins and DNAs of the invention that commonly include a deletion in the V2 loop domain include the phrase modified protein or fragment thereof, or the modified protein or fragment thereof. DNA or virus.
[0017]
The V2 domain is one of the hypervariable regions of the gp120 subunit of the HIV envelope. The length (number of amino acids) and degree of glycosylation varies between HIV isolates. In the case of the SF162 virus, the V2 loop contains 40 amino acids. In the experiments of the present invention, 30 amino acids were removed from the central region of the V2 loop and replaced with GAG peptides. One skilled in the art can make other deletions in the V2 domain of this strain, or deletions in the V2 region of other strains, which will retain the same immune response eliciting properties without departing from the scope and spirit of the invention. As shown, such characteristics can be easily evaluated. The abbreviation "ΔV2" as used herein refers to partial or complete deletion of the V2 domain. For a detailed description of the V2 domain of HIV-1, see Stamatatos, L .; , M .; Wiskerchen & C.I. Cheng-Mayer. 1998. Effect of major deletions in the V1 and V2 loops of a macrophage-tropic HIV-1 isolate on viral environment structure, delivery-entry. AIDS Res. Hum. Retroviruses 14: 1129-1139, the description of which is incorporated herein by reference.
[0018]
Non-limiting means by which a modified protein comprising the HIV-1 envelope protein or a DNA encoding the modified protein can be prepared and deletions in the V2 region can be made are described in the above papers or in Stamatatos, L. et al. & C. Cheng-Mayer. 1998. An environmental modification that renders a primary, a neutralization resistant, and a clade B HIV-1 isolate high susceptible tolerance erosible erosion bye serothesis erosion bye J. Vifol. 72: 7840-7845. As a non-limiting example, a modified V2 deletion of the envelope protein of HIV-1 SF162 (clade B HIV-1) can be prepared, and the DNA and protein sequences are shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, respectively. However, other clade B HIV-1 envelope proteins can be similarly modified, and the protein or DNA encoding the protein can be used as an immunogen. Also, HIV-1 envelope proteins of other HIV-1 clades can be used. The selection of HIV-1 proteins and the amino acid sequences of their envelope proteins are described, for example, in http: // idiotype / lanl. It can be found in literature such as the Los Alamos National Laboratories HIV Sequence Database accessible at gov /. The present invention includes these and other HIV-1 envelope proteins as candidates for deletion in the V2 region for the preparation of a DNA or protein immunogen of interest herein.
[0019]
Standard methods of molecular biology can be used to prepare encoding DNA containing HIV-1 envelope proteins with deletions in the V2 domain, and viruses encoding the proteins. Is not limited with respect to the method of preparing the immunogen. The term DNA vaccine as used herein includes viral vaccines that contain DNA encoding the above proteins. Such methods are well-known in the art. As indicated herein, one of skill in the art can readily determine the ability of a DNA or protein immunogen of the invention to elicit a heterologous HIV-1 immune response in an animal. In a non-limiting example of the SF162 clade B HIV-1 virus strain, a 30 amino acid deletion of amino acids T160-Y189 is prepared and the deleted sequence is replaced with a Gly-Ala-Gly peptide. Substitution of the deleted sequence with the above-mentioned peptide or short peptide is not necessary but can be performed for convenience.
Animals capable of raising a heterologous viral immune response are those susceptible to an HIV-1 infection or a related virus. Such animals include, but are not limited to, humans, non-human primates, or other mammals. In the case of humans, the method of the invention can be performed on HIV-1, HIV-2, etc., and in non-human primates on SHIV-1.
[0020]
The present invention provides a vaccine pharmaceutical composition provided for immunizing an animal against the HIV-1 virus, comprising at least one modified HIV-1 envelope protein or a fragment thereof, wherein there is a V2 region deletion. A composition comprising DNA encoding one of the modified HIV-1 envelope proteins or fragments thereof, or a combination thereof, which is effective for raising a heterologous immune response, and a pharmaceutically acceptable carrier or excipient. About things. An immunogen, used interchangeably herein, may be a full-length or truncated modified protein or a DNA encoding a modified protein, provided that the V2 region elicits a heterologous immune response. Various choices for effective immunogens are described above. In embodiments, the modified HIV-1 envelope protein or fragment is from a Clade B HIV-1 strain. In a preferred embodiment, the HIV-1 strain is SF162. As a non-limiting example, the modified HIV-1 envelope protein or fragment is SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, and the DNA encoding at least one modified HIV-1 envelope protein or fragment is SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. It is. Glycosylation of proteins or fragments expressed in mammalian cells is also provided.
[0021]
A vaccine pharmaceutical composition can include one or more DNA or protein immunogens together with one or more pharmaceutically acceptable carriers, excipients, or diluents to facilitate administration of the vaccine. Additionally, additional components, such as one or more adjuvants, can be included to enhance the immune response. The choice of adjuvant will depend on the animal to be immunized, especially in humans for whom the choice of an appropriate adjuvant is limited. One skilled in the art can select appropriate pharmaceutically acceptable components to be included with the immunogen to achieve the desired effect.
It is a further object of the present invention to provide a method for assessing whether a compound, such as an immunogen, can produce protective antibodies against a heterologous strain of HIV-1. The method comprises immunizing an animal with an immunogen, depleting the animal's CD8 + T lymphocytes, and then presenting at least one protective antibody against at least one heterologous HIV-1 strain for the animal, preferably a protective antibody. By screening for the presence of The step of depleting may be performed by administering an anti-CD8 monoclonal antibody to the animal. The compound may be, but is not limited to, a HIV-1 derived polypeptide or a fragment thereof, for example, a DNA vaccine encoding an HIV derived polypeptide or a fragment thereof. Immunization protocols can include DNA vaccines, viral vaccines, proteins, fragments thereof, combinations thereof, or protocols in which one or both are administered sequentially to elicit an immune response. In a non-limiting embodiment, the neutralizing antibody is a protective antibody. Methods for assessing the induction of protective antibodies can be performed in animals capable of producing protective antibodies to HIV, such as, but not limited to, primates or other animals. As described above, the foregoing methods can also be used to evaluate the efficacy of the DNA and / or protein immunogens of the present invention.
[0022]
As described in the examples below, the lowest plasma peak viremia was recorded in animals vaccinated with the ΔV2 immunogen, and the serum had the strongest neutralizing activity against SHIV162P4 on the day of challenge. The finding that neutralizing antibodies played a significant role in protection during the first seven days after challenge. The fact that a strong anti-HIV envelope pre-response occurred immediately following SHIV162P4 challenge means that the antibody contributed to rapid virus clearance to undetectable levels. However, CD8 + lymphocytes reappeared in the periphery of the vaccinated animals 7 days post-challenge, which could also contribute to rapid virus clearance.
In addition, experiments of the present invention show an immune response to HIV-1 of a different clade than that from which the immunogen was prepared, referred to as a heterologous immune response.
These experiments highlight the important role of protection of non-CD8 mediated DNA-based vaccine-induced anti-HIV envelope responses and are viable to develop effective anti-HIV vaccines for human use in the prevention and treatment of HIV infection It proves the nature. As mentioned above, the strategy using a modified envelope protein with a ΔV2 loop deletion is a strategy that can be used for envelope proteins with a V2 loop, and the present invention is directed to all its uses, and for eliciting an immune response. A pharmaceutical composition comprising the ΔV2 loop deletion modified protein or DNA vaccine, or a combination thereof.
[0023]
In the experiments described herein, immunogenicity was compared between soluble oligomeric gp140 envelope proteins from related neutralization-resistant (SF162) and neutralization-sensitive (SF162ΔV2) viruses (Statatatos, L, & C. Cheng-Mayer, 1998, Envelope modification at end renders a primary, neutralization resist, clade B. HIV-1 ration s. The only difference between the two immunogens is the lack of 30 amino acids from the V2 loop of the SF162ΔV2-derived immunogen (Stamatatos, L, & C. Cheng-Mayer. 1998, An environmental modification renatura pratum. J. Virol. 72: 7840-7845) resistant, clade B HIV-1 isolated highly susceptible to neutralization by serum from other clades. Immunization experiments were first performed in rabbits, where both proteins elicited similar titers of bound antibody, whereas the modified immunogen was directed against isolates that expressed not only the SF162ΔV2 envelope, but also the unmodified parent SF162 envelope. It was found that a strong titer of neutralizing antibodies was elicited.
[0024]
In rabbits, both the unmodified SF162 gp140 immunogen and the modified ΔV2gp140 immunogen elicited neutralizing antibodies against some heterologous HIV-1 primary isolates, but the potential of such modified immunogens is even greater. Importantly, it was not previously described or expected. Thus, many animals vaccinated with the modified immunogen not only elicit cross-reactive neutralizing antibodies, but the breadth and intensity of the cross-neutralizing response is more collective from these animals than animals immunized with the unmodified immunogen. Was greater in serum. Modified immunogens elicit more effective antibody recognition neutralizing epitopes that are conserved among some HIV isolates than unmodified immunogens.
Vaccination experiments performed in rhesus monkeys confirm the findings made in rabbits, and the modified ΔV2gp140 immunogen is more effective than the unmodified SF162gp140 in raising neutralizing antibodies against isolates expressing the parent SF162 envelope. is there. Importantly, in monkeys, only the modified envelope is able to raise neutralizing antibodies against the heterologous HIV-1 isolate.
The present invention includes other envelope modifications in addition to the ΔV2 loop deletion described herein. Such modifications may increase the exposure and / or number of conserved neutralizing epitopes to the immunogen.
The following examples are provided to fully illustrate the preferred embodiment of the present invention. It should not, however, be construed as limiting the broad scope of the invention.
[0025]
Example 1
Two rhesus monkeys (Rh) (H445 and J408) were subjected to intact gp120-gp41 cleavage sites (Stamatatos, L., M. Lim & C. Cheng-Mayer. 2000. DNA vectors that express the SF162ΔV2gp140 envelope, which have the resistance and neutralization-susceptible primary HIV-1 isolates. AIDS Res. And Human Retroviruses. 16: 981-994, (Chap. . M. Thayer, K. A. Vincent & N. L. Haigwood 1991. Effect of intron A from human cytomegalovirus (Towne) immediate-early gene on heterologus expression in mammalian cells Nucleic Acids Res 19:.. 3979-86; zur Megede, J., MC Chen, B. Doe, M. Schaefer, CE Greer, M. Selby, GR Otten & SW W Barnett. 2000. Increasing technology-representation. modified hum . N immunodeficiency virus type 1 gag gene J Virol 74:. 2628-35) at week 0, (and all DNA) immunized with intradermal and intramuscular both of every 2 mg to 4 weeks and 8 weeks. Codons were optimized to enhance expression of the DNA construct in mammalian cells. At week 27, another immunization was performed with the DNA and CHO-producing purified oligomer SF162ΔV2gp140 protein (100 μg) mixed with MF-59C adjuvant. At week 38, another immunization was performed with the adjuvant mixed protein alone.
[0026]
The production of bound antibody was evaluated by ELISA (Stamatatos, L. & C. Cheng-Mayer. 1995. Structural modulations of the envelope gp120 glycoprotein of human immunodeficiency virus type 1 upon oligomerization and differential V3 loop epitope exposure of isolates displaying distinct tropism upon virion-soluble receptor binding. J. Virol. 69: 6191-6198).
The antibody was detectable after the second DNA immunization and the titer did not increase after the third DNA immunization (FIG. 1). During the 5 months, the titer gradually decreased, but was always detectable. Approximate log from the peak value recorded after the third DNA immunization with the first 'boost'10The titer increased by 1-2. Over the next 11 weeks, the titer gradually decreased and leveled off, at which point the animal was given a second 'boost' to further raise the antibody titer. Neutralizing antibodies (NA) were evaluated using an 'activated PBMC target' assay using pre-immune sera to correct for non-specific neutralization (Stamatatos, L. & C. Cheng-Mayer. 1998. An. Envelope modification that renders a primary, neutralization resistant, and clade B HIV-1 isolate high sucdpptible 78 thr. After the third DNA immunization, the bound antibody titers were the same between the two animals, but the H445 animals had lower NA titers than the J408 animals. Following the 'boost', both NA titers to SF162ΔV2 and SF162 increased significantly. Vaccine-specific proliferative responses were recorded in all animals. J408 and H445 animals recorded stimulation indices (SI) of 5 and 10 after the first 'boost', respectively. The second 'boost' increased the response strength of H445 animals (SI.25), but not J408 animals (SI.5).
[0027]
To assess the protective role of high HIV envelope antibodies elicited by the vaccine of the present invention, CD8 + cells were depleted from vaccinated animals prior to virus challenge (FIG. 3). Intravenous administration of anti-CD8 MAb OKT8F (2 mg / kg) three times every other day resulted in CD8 depletion (Jin, XDE Bauer, SE Tuttleton, S. Lewin, A. Gettie, J. Blanchard, CE Irwin, JT Safrit, J. Mittler, L. Weinberger, L. G. Kostrikis, L. Z. D. S. H., A. Z. D. S. D.S. 1999. Dramatic rise in plasma viremia after CD8 (+) T cell depletion in simian immunodeficiency virus-infected macaques. J Exp9 Ed Exp9. -8). CD8 + T lymphocytes remained undetectable in about 10 days. Concomitantly, a decrease in the total number of circulating CD3 + T cells was recorded. This means that the recording of CD8 + T cell depletion from the periphery is due to actual detachment. Although CD8 depletion from lymph nodes was not evaluated, it has previously been demonstrated that the introduction of anti-CD8 MAbs into the blood circulation of monkeys results in a concomitant depletion of CD8 + T cells from peripheral and lymph nodes (Matano). , T., R. Shibata, C. Siemon, M. Connors, H. C. Lane & M. A. Martin. 1998. Administration of an anti-CD8 monoclonal antibody interfers with the clearance of chimeric simian / human immunodeficiency virus during J. Virol. 72: 164: 16, primary infections of rhesus macaques. Schmittz, JE, MJ Kuroda, S. Santra, V. G. Sasseville, M. A. Simon, M. A. Lifton, P. Racz, K. Tenner-Racz, Mal. BJ J. Scallon, J. Ghrayeb, M. A. Forman, D. C. Montefiori, E. P. Rieber, N. L. Letvin & K. A. Rei. Rem. by CD8 + lymphocytes. Science. 283: 857-60).
[0028]
One day after the last dose of OKT8F, immunized or two non-immunized naive animals were treated with 100 TCID50Intracellularly challenged with a cell-free strain of the SHIV162P4 virus (Harouse, JM, A. Gettie, RC Tan. J. Blanchard & C. Cheng-Mayer. with CCR5 or CXCR4 utilizing SHIVs. Science. 284: 816-9). This isolate was 50% and 90% neutralized by serum (diluted 1: 5) collected on the day of challenge from H445 and J408 animals, respectively.
Both vaccinated and non-vaccinated animals became infected. However, there was a difference between the peak virus load level and the virus set point between the two groups (FIG. 4A). At 11 days post-challenge, plasma viremia in vaccinated H445 animals was log compared to unvaccinated A141 and AT54 animals, respectively.10J408 animals vaccinated were 2 and 4 low and were aviremia. At the viremia peak, virus plasma levels in vaccinated animals are logarithmically greater than in unvaccinated animals.10It was 1-4 lower. After the viremia peak, a gradual decline in plasma viral load was recorded in the unvaccinated A141 animals following the first steep decline, while a second unvaccinated AT54 animal had a high viral load. Persistence has been recorded. Very rapid declines to undetectable levels were recorded in both animals vaccinated within 35 days of challenge.
[0029]
Concomitant with the appearance of plasma viremia in vaccinated H445 animals, a rapid increase in anti-HIV envelope antibody titers (only about 5-fold) was monitored (FIG. 4B). The antibody titer then decreased gradually to the pre-challenge titer, as did the animal's viral load to undetectable levels. In contrast, the second vaccinated J408 animals did not increase anti-envelope antibody titers and had the lowest plasma viremia peak. In non-vaccinated animals, anti-HIV envelope antibodies became detectable approximately 30 days after challenge. Titers increased over time in A141 animals, but diminished in AT54 animals, which remained weak and eventually declined.
Two unvaccinated animals seroconverted to SIV gap p27 and pol 31 proteins within two weeks after challenge, and two vaccinated animals remained seronegative for the first 17 weeks after challenge (FIG. 5). This figure shows the conversion of the core SIV proteins to the gap 27 and pol 31 and gp41 and gp120 HIV envelope subunits, as determined by RIBATM. The numbers in each strip above indicate the day the serum samples were collected relative to the day of challenge (day 0) [(+) positive control strip; (-) negative control strip].
[0030]
Also, virus was recoverable from Rh-PBMC collected from unvaccinated animals on days 18, 42 and 48 post-challenge, but only from day 18 on vaccinated animals. there were. Finally, in contrast to the two vaccinated and non-vaccinated animals A141, which remained healthy, the second non-vaccinated AT54 animal died from SAIDS 16 weeks after challenge.
The finding that the lowest level of plasma viremia peak was recorded in vaccinated J408 animals whose sera had the strongest neutralizing activity against SHIV162P4 on the day of challenge, suggests that neutralizing antibody Played an important defense role. However, in addition to the neutralizing antibody, an envelope-specific antibody containing no neutralizing activity can be raised by the vaccine of the present invention, and can contribute to virus clearance. The fact that a strong anti-HIV envelope pre-existing response occurs in H445 animals immediately after SHIV challenge means that the antibody contributed to rapid virus clearance to undetectable levels. However, as CD8 + lymphocytes reappeared in the periphery of vaccinated animals 7 days after challenge, they can also contribute to their rapid viral clearance.
These experiments highlight the important protective role of non-CD8 mediated DNA vaccine-induced anti-HIV envelope responses and demonstrate the feasibility of developing effective anti-HIV vaccines.
[0031]
Example 2
In the experiments shown here, the potential immunogenicity of unmodified SF162 is compared to a modified SF162ΔV2 (hereinafter ΔV2) envelope. Rabbits were immunized with SF162 and the gp140 form of the ΔV2 envelope using the gene gun vaccination method. Both immunogens elicited generation of similar antibody titers, whereas the modified immunogen elicited higher titers of neutralizing antibodies against the parent SF162 virus than the unmodified immunogen. In addition, the ΔV2-derived modified immunogen was more effective than the SF162-derived unmodified immunogen in producing antibodies capable of neutralizing heterologous HIV-1 primary isolates.
The immunogenicity of these two antigens was assessed using DNA priming followed by a protein boost vaccination method in rhesus monkeys in animal models closely related to humans and suitable for HIV vaccine experiments. In this regard, the modified immunogen was found to be more effective than the unmodified immunogen in producing potent neutralizing antibodies against both the homologous SF162ΔV2 virus and the parent SF162 virus. Antibodies were elicited in the monkeys with the modified immunogen and those that were not elicited with the unmodified immunogen neutralized some heterologous HIV-1 primary isolates. These experiments show for the first time that potent cross-reactive neutralizing antibodies can be elicited in non-human primates immunized with a soluble oligomeric subunit HIV envelope vaccine derived from an HIV-1-like primary isolate using R5. Is shown. It supports the use of specific envelope modifications to increase the exposure of neutralizing epitopes and to increase the breadth and strength of these responses.
[0032]
Viruses: Separation and phenotypic confirmation of SF162 and SF162V2 has been previously reported (Cheng-Mayer, C., M. Quiroga, JW Tung, D. Dina & J.A. Levy 1990. Viral. determinants of human immunodeficiency virus type 1 T-cell or macrophage tropism, cytopathogenicity, and CD4 antigen modulation, J. Virol 64:.. 4390-4398; Stamatatos, L. & C. Cheng-Mayer 1998. An envelope modification that renders a primary, neutrali . Ation resistant, clade B HIV-1 isolate highly susceptible to neutralization by sera from other clades J. Virol 72:. 7840-7845). Clade B HIV-1 primary isolates 92US660, 92HT593, 92US657, 92US714, 92US727, 91US056, 91US054 and 93US073 were obtained from the NIH AIDS Research and Reference Reagent program. All virus strains were prepared and titered in activated human peripheral blood mononuclear cells (PBMC).
[0033]
Vaccine: The DNA vector used to express the immunogens of the present invention in rabbits is pJW4303 (Lu, S., Wyatt, JFL Richmond, F. Mustafa, S. Wang, J. Weng, D. C. Montefiori, J. Sodroski & H. L. Robinson. 1998. Immunogenicity of DNA vaccines expressing human immunodeficiency virus type 1 envelope glycoprotein with and without deletions in the V1 / V2 and V3 regions. AIDS Res. Hum. Retroviruses 14 : 151-155)The DNA vector used to immunize rhesus monkeys is derived from the pCMVKm2 vector (Chapman, BS, RM Thayer, K. A. Vincent & N.L. Haigwood. 1991. Effect of introduction. Cytomegalovirus (Towne) immediate-early gene on heterologous expression in mammarian cells. Nucleic Acids Res., 19: 3979-86, zur Med. , M. Selby, GR Otten & SW Barnett. 2000.I. J. Virol. 74: 2628-35. Both plasmids have a human CMV enhancer / promoter element and the native leader of the HIV envelope was replaced with that from the tissue-specific plasminogen activator gene. For monkey immunization, codons were optimized to enhance expression of the DNA construct in mammals. Both DNA vectors express the gp140 ectodomain of the HIV envelope immunogen with an intact gp120-gp41 cleavage site.
[0034]
Protein boosts were performed only in rhesus monkeys to enhance the immunization of the DNA phase following the titer of the eliciting antibodies. For this, the ΔV2gp140 protein was produced in CHO cells and purified as a stable soluble trimer. However, to increase the stability of these secreted oligomers, the gp120-gp41 cleavage site was removed by mutagenesis (Earl, PL, S. Koenig & B. Moss. 1991. Biological and immunological properties of humans). . immunodeficiency virus type 1 envelope glycoprotein: analysis of proteins with truncations and deletions expressed by recombinant vaccinia viruses J Virol 65:. 31-41; Earl, P. L. & B. Moss 1993. Mutational analysis ... F the assembly domain of the HIV-1 envelope glycoprotein AIDS Res Hum Retroviruses 9:. 589-594; Stamatatos, L., M. Lim & C. Cheng-Mayer 2000. Generation and structural analysis of soluble oligomeric envelope proteins Derived from neutralization-resistant and neutralization-susceptible primary HIV-1 isolates. AIDS Res. Hum. Retroviruses 16: 981-994).
[0035]
Immunization: a) Rabbit: Gene cancer vaccination method (Lu, S., R. Wyatt, J. F. L. Richmond, F. Mustafa, S. Wang, J. Weng, D. C. Montefiori, J. Mol. Sodroski & H. L. Robinson 1998. Immunogenicity of DNA vaccines expressing human immunodeficiency virus type 1 envelope glycoprotein with and without deletions in the V1 / V2 and V3 regions AIDS Res Hum Retroviruses 14:.... 151-155) by using the Animals received 5 weeks at weeks 0, 4, 8, 18, and 22. DNA immunization was performed once. Blood was drawn two weeks after each immunization. Six animals (A1-A6) were immunized with the modified SF162 gp140 immunogen, and six animals (A7-A12) were immunized with the modified ΔV2gp140 immunogen. Two animals (A13 and A14) served as controls and were immunized with DNA vector only.
[0036]
b) Rhesus monkeys: H445 and J408 animals were immunized with the modified ΔV2gp140 immunogen, N472 and P655 animals were immunized with the unmodified SF162 gp140 immunogen, and M844 and H473 animals were immunized with the DNA vector only. Prior to the start of immunization, animals were tested for antibodies against various simian viruses such as SIV, D-type retrovirus or STLV-1. Animals vaccinated with the modified envelope were immunized with DNA at weeks 0, 4, and 8, and animals vaccinated with the unmodified envelope were immunized with DNA at weeks 0, 4, and 9. DNA (2 mg of DNA in 1 ml of endotoxin-free water per animal each time) was injected intradermally (id) at two sites (2 × 0.2 mg) and intramuscularly (im) (iv). The head muscle was administered both at 2 × 0.8 mg). A fourth time the animals were immunized with DNA and simultaneously with purified oligomer ΔV2gp140 or SF162gp140 protein mixed with MF-59C adjuvant. Protein (0.1 mg of purified protein in a total volume of 0.5 ml per animal) was injected i.p. m. Administration. Control animals received only adjuvant. This DNA + protein 'booster' immunization occurred in animals vaccinated with the modified immunogen at 27 weeks and in animals immunized with the unmodified immunogen at 48 weeks. Animals immunized with the modified immunogen at week 38 were immunized once more with only the adjuvant mixed protein (no DNA), and none of the animals immunized with the unmodified immunogen.
[0037]
Antibody quantification: a) Anti-gp140 antibody: The titer of the entire immunization protocol was quantified using the ELISA method as previously described (Stamatatos, L. & C. Cheng-Mayer. 1995. Structural modulations of the). .. envelope gp120 glycoprotein od human immunodeficiency virus type 1 upon oligomerization and differential V3 loop epitope exposure of isolates displaying distinct tropism upon virion-soluble receptor binding J. Virol 69: 6191-6198; Stamatatos, L., M. Wiskerchen & C. Cheng-Mayer. 1998. Effect of major deletions in the V1 and V2 loops of a macrophage-tropic HIV-1 isolate on viral envelope structure, cell-entry and replication. AIDS Res. Hum.Retroviruses 14: 1129-1139). Briefly, ELISA plates (Immulon 2HB) (0.2 μg protein in 0.1 ml 100 mM NaHCO3, pH 8.5) were incubated overnight at 4 ° C. with purified soluble oligomer ΔV2gp140 and SF162gp140 proteins. By coating. Unadsorbed protein molecules were removed with TBS and wells were blocked with Superblock (SB) (Pierce). Heat inactivation (35 min at 56 ° C.) collected from immunized animals was serially diluted in SB and added to wells for 1 h at 37 ° C. (0.1 ml / well). In the case of rabbits, sera from control animals that received only the DNA vector were used as negative controls.
[0038]
In monkeys, pre-immune serum was used as a negative control. Unbound antibody was removed by TBS washing, and the envelope-bound antibody was isolated from goat anti-human (for monkey serum) or anti-rabbit (rabbit serum) conjugated to alkaline phosphatase antibody (Zyme Immunochemicals) as previously described. of the case) it was detected by using a (Stamatatos, L. & C. Cheng-Mayer. 1995. Structural modulations of the envelope gp120 glycoprotein of human immunodeficiency virus type 1 upon oligomerization and differential V3 loop epitope exposure of isolates displaying distinct trop J. Virol. 69: 6191-6198), ismupon virion-soluble receptor binding. The OD 490 nm of each well was recorded with a bioluminometer (Molecular Dynamics). A plot of OD 490 nm against serum dilutions was made and endpoint antibody titers were determined as the highest post-immune serum dilution yielding an OD 490 nm of 3 times the OD 490 nm generated with the lowest dilution pre-immune serum. At the same time, sera from each stage of immunization were tested.
[0039]
Neutralization Assay: Neutralization analysis was performed as previously described using human PBMCs activated with PHA (Sigma, 3 μg / ml) for 3 days as target cells (Mascola, JR, M.). G. Lewis, G. Stiegler, D. Harris, TC Vancott, D. Hayes, M.K. Louder, CR. Brown, C.V. Sapan, S.F.San Francisco. , M.L. Robb, H. Katinger & D.L.Birx.1999. Protection of Macaques against pathogenic simian / human immunodefiency virousairvous. J. Virol. 73: 4009-18; Mascola, JR, SWW Snyder, OS Weislow, SM Belay, RB Belsh, D.H. ML Clements, R. Dolin, B.S. Graham, G.J.Gorse, M.C. Keefer, M.J. McElrath, M.C. Walker, K.F. Wagner, J.G. McNeil, F.E. McCutchan, DS Burke & the NIAID AIDS vaccine evaluation group. 1996. Immunization with environmental investment. .. Ts elicits neutralizing antibodies against laboratory-adapted but not primary isolates of human immunodeficiency virus type 1. J. Infect Dis 173:. 340-348; Stamatatos, L. & C. Cheng-Mater 1998. An envelope modification that renders a primary, neutralization resistant, and grade B HIV-1 isolated high susceptible to neutralization by serum from other grades. J. Virol. 72: 7840-7845; Stamatatos, L .; , S.M. Zolla-Pazner, M.A. Gorny & C.E. Cheng-Mayer. 1997. Binding of antibodies to virion-associated gp120 molecules of primary-like human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) isolates: effect on HIV-1 infection of macrophages and peripheral blood mononuclear cells. Virology 229: 360-369).
[0040]
All of the HIV-1 isolates to be tested were grown, titrated in human PBMC, aliquoted and frozen at -80 ° C until use. Virus (50-100 TCID in 50 μl RPMI complete medium containing 20 U / ml IL-250(Hoffman Laroche)) was preincubated with the same volume of serially diluted heat-inactivated (56 ° C. for 35 minutes) serum for 1 hour at 37 ° C. in a 96-well U-bottom plate (Corning). For each serum dilution, triplicate wells were used. Pre-immune serum from monkeys and serum collected from rabbits immunized with DNA vector only were incubated with virus and served as non-specific neutralization controls. 0.4 × 10 per well60.1 ml of complete medium containing PHA-activated PBMC was added. After overnight incubation at 37 ° C., half of each well was replaced with fresh RPMI complete medium. After centrifuging the plate (2,000 rpm for 5 minutes), half of each well was replaced with fresh medium again. This procedure was repeated twice. The p24 antigen concentration in each well was evaluated at various time points post infection (usually on days 4, 6, and 11) using an in-house ELISA p24 assay analysis. The mean% neutralization and the standard deviation of each serum dilution from the wells of triplicate were previously described based on the p24 concentration recorded in the wells containing virus, cells, and non-rabbit or non-monkey serum. (Stamatatos, L.S. Zolla-Pazner, M. Gorny & C. Cheng-Mayer. 1997. Binding of antibodies to voyage-economy gasoline physics and physics- -1) isolates: effect on HIV-1 effect of macrophages and peripheral blood mononu . Lear cells Virology 229: 360-369).
[0041]
However, it was observed that infection of some isolates was reduced in the presence of pre-immune serum (non-specific neutralization). Therefore, results are shown from two methods of neutralization experiments. 1. The same drawing shows both the neutralization curves recorded with sera collected before vaccination (prior to bleeding) and with sera collected at various stages after vaccination. I have. 2. For each serum dilution, the difference between the% neutralization recorded in the serum after vaccination-the% neutralization recorded in the serum before vaccination was calculated. In some figures, this difference (referred to herein as "specific neutralization") is plotted as a function of serum dilution. At the same time, the sensitivity of various primary isolates to neutralization by MAbs 2F5 and 2G12 was evaluated.
[0042]
In these neutralization experiments, the performance of sera collected from monkeys immunized with the recombinant SF2 gp120 envelope was evaluated. This immunogen was previously tested as a potential vaccine against HIV and failed to raise cross-reactive neutralizing antibodies (Mascola, JR, SWW Snyder, OS Weilow). , SM Belay, RB Belshe, DH Schwartz, ML Clements, R. Dolin, B.S. Graham, G.J.Gorse, M.C.Keefer, M.K. McElrath, MC Walker, K. F. Wagner, J. G. McNeil, F.E. McCutchan, DS Burke & the NIAID AIDS vaporization evolution 96. .. E subunit vaccine products elicits neutralizing antibodies against laboratory-adapted but not primary isolates of human immunodeficiency virus type 1. J. Infect Dis 173: 340-348).
[0043]
Results: Production of Antibodies in Rabbits: Both SF162-derived and ΔV2 immunogens elicited high titers of antibodies that could bind to both oligomeric ΔV2gp140 and SF162gp140 proteins (FIG. 6). As expected, changes in antibody titers were recorded throughout the vaccination regime of animals belonging to either group. However, no statistically significant antibody titer differences were recorded between the two groups of animals throughout the immunization program. The antibody titers in each animal, whether immunized with the modified or unmodified immunogen, were very weak during the first two immunizations (week 0 and week 4). The fourth immunization (week 18) resulted in a log increase in both animal groups compared to the third immunization (week 8).10An increase in antibody titer was obtained with a few. The fifth immunization (week 22) compared to the fourth immunization with the SF162 gp140 antigen (log10Antibody titer (only less than 1), but not the ΔV2gp140 protein. At the end of the vaccination program, both groups of animals received 105-106A very strong endpoint ELISA binding antibody was recorded with a degree of. Thus, in rabbits, based on the analysis used here to determine antibody titers, the modified immunogen lacks 30 amino acids from the V2 loop but is unmodified immunogenic to elicit antibody production. It seems to be as effective as Hara.
[0044]
Neutralizing antibodies in rabbit sera against SF162 isolate and SF162ΔV2 isolate: Both immunogens produced neutralizing antibodies against SF162ΔV2 virus after the third immunization (FIG. 7A). A trend for higher neutralizing titers was recorded in the modified immunogen vaccination group. Therefore, the mean serum dilution (and standard error) recorded for animals immunized with SF162gp140 and SF162ΔV2 with 70% inhibition were 179 (+/− 34) and 483 (+/− 148), respectively. At the time of this vaccination, 2 out of 6 (A8 and A9) immunized with the modified immunogen elicited neutralizing antibodies against the parental SF162 isolate, whereas the animals immunized with the unmodified immunogen did not None raised antibodies that could do so (FIG. 7B). However, the number of animals that produced neutralizing antibodies to the SF162 and SF162ΔV2 viruses each increased with subsequent immunizations, so that at the end of the immunization plan (ie, after the fifth immunization), all animals were SF162 Neutralizing antibodies were produced against the virus. Furthermore, the neutralizing potency of each serum was increased with each immunization, regardless of whether the animals were vaccinated with the modified or unmodified immunogen.
[0045]
At the end of the immunization scheme, sera collected from rabbits immunized with the modified immunogen were more neutralizing than antisera collected from animals immunized with the unmodified immunogen against SF162ΔV2 and SF162 viruses. Six of the six animals immunized with the modified immunogen elicited 70% to 100% of antibodies capable of neutralizing the SF162ΔV2 virus at a 1: 5,000 dilution (FIG. 7A). In contrast, only one of the six animals (A1) vaccinated with the unmodified envelope at the same serum dilution produced an antibody response that was able to neutralize SF162ΔV2 infection by 50%. The remaining five animals in this group failed to elicit an antibody response that sufficiently neutralized SF162ΔV2 infection with this dilution to a significant degree. The difference in neutralization potential between sera collected from animals immunized with the modified immunogen and those immunized with the unmodified immunization was evident when comparing their ability to neutralize the SF162 virus (FIG. 7B). ). Sera collected from 4 of 6 animals (A8, A9, A10 and A12) immunized with the modified antigen neutralized 70% to 90% SF162 infection with 1: 100 to 1: 300 dilutions did. In contrast, none of the sera collected from animals immunized with the unmodified antigen was able to block SF162 infection by only 70% -90% at the same dilution.
[0046]
Production of Cross-Reactive Neutralizing Antibodies in Rabbits: Envelope immunogen from SF162ΔV2 has higher titer of neutralizing antibody against parent SF162 isolate (expressing the full envelope) than immunogen from SF162 isolate itself The fact that it was able to elicit was to test whether the modified immunogen was effective in raising cross-reactive neutralizing antibodies, ie, antibodies that could neutralize a heterologous HIV-1 primary isolate against the vaccine. Ushered us. Several such isolates with previously demonstrated neutralization sensitivity to various monoclonal antibodies were tested (D'Souza, MP, D. Livnat, JA Bradac & SH). Bridges 1997, Evaluation of monoclonal antibodies to human immunodeficiency virus type 1 primary isolates by neutralization assays:.. performance criteria for selecting candidate antibodies for clinical trials AIDS Clinical Trials Group Antibody Selection Working Group J. Infect. Dis. 175: 1056-62). Only two of the six isolates (92US714 and 92HT593) were neutralized with antibodies raised by the unmodified immunogen (Table 1 below).
[0047]
[Table 1]
Figure 2004520262
[0048]
Neutralizing activity was evaluated at a 1:10 dilution and took into account non-specific neutralization recorded in sera collected from animals vaccinated with the DNA vector alone (see Materials and Methods for details). ). (-): 50% specific neutralization was not recorded. (+): 50% to 80% specific neutralization was recorded. Results are from three independent neutralization experiments.
With the exception of the A1 animal, all other animals produced neutralizing antibodies against 92US714, and only the A2 and A5 animals produced neutralizing antibodies against 92HT593. In contrast, four out of six animals immunized with the modified ΔV2gp120 immunogen produced cross-reactive neutralizing antibodies against most of the heterologous isolates tested. In addition, the intensity of neutralization of sera collected from animals immunized with the modified immunogen was greater than sera collected from animals immunized with the unmodified immunogen (see Table 1 above). Thus, while 80% inhibition of infection was often recorded with the former sera, this level of inhibition was recorded only in two cases (serum from A5 animals against isolates of 92US714 and 92HT593).
[0049]
Antibody production in rhesus monkeys vaccinated with the modified ΔV2gp140 immunogen: The above results indicate that the immunogenicity of the unmodified SF162gp140 antigen and the modified ΔV2gp140 antigen in rhesus monkeys in an animal model that could ultimately assess the protective potential of the vaccine-evoked antibodies Driven gender evaluation. Monkeys were vaccinated with these two immunogens using a DNA boost followed by a protein boost.
Envelope specific antibodies were detectable after the second DNA immunization (FIG. 8). At this stage, the endpoint ELISA titers in animals immunized with the modified antigen (J408 and H445 animals) were on the order of 1: 2,000. In contrast, in animals immunized with the unmodified envelope (N472 and P655 animals), antibodies were only detectable in animal N472 (end point ELISA titer on the order of 1: 500). With the exception of H445 animals, the third DNA immunization did not increase antibody titers. Anti-gp120 and anti-gp41 antibodies were produced synchronously by DNA immunization.
Subsequent 5-10 month observations show that no antibody is detectable in animals immunized with the unmodified SF162 gp140 immunogen, and in animals immunized with the modified ΔV2gp140 immunogen, the antibody is always detectable, but its titer is Decreased over time.
[0050]
Following DNA + protein 'boost' immunization, antibody titers increased significantly in all animals. At peak values (reached within 2-4 weeks after 'boost'), endpoint ELISA antibody titers in animals immunized with the modified ΔV2gp140 immunogen were 1: 30,000 for J408 animals and for H445 animals. 1: 110,000. The titer gradually decreased over time, and both animals were stable at about 1: 8,000 for several weeks. High peak antibody titers were recorded in animals vaccinated with the unmodified SF162 gp immunogen (end point ELISA antibody titers 1: 150,000 for animals with N472 and 175,000 for animals with P655). In the next 7 weeks, both animals showed a rapid drop in antibody titer to about 1: 35,000. Thus, in monkeys, in contrast to those recorded in rabbits, the unmodified immunogen produced higher titers of bound antibody than the modified immunogen.
As expected, no anti-HIV envelope antibody was produced in control animals (M844 and H473) immunized with the DNA vector alone.
Neutralizing activity of monkey serum against allogeneic SF162ΔV2 isolate and parental SF162 isolate: In the DNA phase immunization, only animals immunized with the modified ΔV2gp140 elicited neutralizing antibodies against SF162 and SF162ΔV2 viruses (FIG. 9A- B). After the second DNA immunization, the J408 animals produced neutralizing antibodies against the allogeneic SF162ΔV2 isolate but not the parental SF162 isolate (FIG. 9A). The titer of neutralizing antibody in J408 animals increased after the third DNA immunization, at which point neutralization of both isolates was recorded, but the titer of bound antibody did not increase simultaneously (FIG. 9B). ). In contrast, a very weak neutralizing antibody response was elicited against the SF162ΔV2 virus in H445 animals and no neutralizing antibody response was elicited against the SF162 virus, but the animals produced J408. A binding antibody with the same titer as was produced (FIG. 9B).
[0051]
Two weeks after DNA + protein 'booster' immunization, sera collected from animals immunized with either immunogen blocked SF162ΔV2 infection. The neutralization strength of sera collected from animals immunized with the modified immunogen was greater than sera collected from animals immunized with the unmodified immunogen. For example, 50% inhibition of SF162ΔV2 infection was recorded at a dilution of 1: 2,000 to 1: 5,000 from the former serum, but this level of inhibition was observed in serum collected from the latter serum at this dilution. Was not recorded in. Although all ΔV2gp140 immunized animals produced strong neutralizing antibodies against the parental SF162 virus, only one of the two animals (N472) immunized with the SF162 gp140 immunogen produced neutralizing antibodies against this virus. did. No changes in the neutralization intensity of these sera were recorded in the next two weeks, but changes in antibody titer levels were detectable during this period (FIG. 9). Control animals vaccinated with the vector alone (M844 and H473) did not produce neutralizing antibodies.
Neutralization of heterologous HIV-1 primary isolates by monkey serum: The range of neutralizing antibody responses elicited in monkeys immunized with the modified and unmodified immunogens indicates that infection of the heterologous Clade B HIV-1 primary isolates The ability of sera collected from monkeys immunized with these two immunogens to block was assessed by comparing. The sensitivity of these isolates to be neutralized by various MAbs has been reported previously (D'Souza, MP, D. Livnat, JA Bradac & SH Bridges. 1997. Evaluation of monoclonal antibodies to human immunodeficiency virus type 1 primary isolates by neutralization assays:.. performance criteria for selecting candidate antibodies for clinical trials AIDS Clinical Trials Group Antibody Selection Working Group J. Inf ect. Dis. 175: 1056-62). Serum neutralization experiments evaluated the sensitivity of these isolates to be neutralized simultaneously by the two most commonly used primary isolate neutralizing MAbs (2F5 and 2G12) (Table 2).
[0052]
[Table 2]
Figure 2004520262
[0053]
Values are constant HIV-1 with serum (1:10 dilution) collected from animals immunized with modified ΔV2gp140 (J408 and H445), unmodified SF162 gp140 (P655 and N472) and recombinant gp120 (L714 and L814). % Neutralization of the isolate. The use of the co-receptor for each isolate is indicated in parentheses. Percent neutralization was calculated as described in Materials and Methods and took into account non-specific neutralization recorded in sera collected from the same animals prior to the start of the immunization protocol.&(A): DNA collected from J408 and H445 animals + sera 2 weeks after protein 'boost' immunization and (B) serum collected 2 weeks after last protein 'booster' immunization. Values are averages from 2-3 independent experiments. The susceptibility of these isolates to neutralization of 2F5 and 2G12 with a 25 μg / ml MAb is also shown. NT: Not evaluated.
Immunization of the DNA phase in monkeys did not record heterologous isolate neutralization (less than 50% inhibition at 1:10 dilution). Two weeks after DNA + protein 'booster' immunization, sera collected from two animals vaccinated with the modified ΔV2gp140 protein neutralized some of the heterologous HIV-1 primary isolates tested (FIG. 10). At the lowest serum dilution tested (1:10) and taking into account the non-specific neutralization recorded in the pre-immune sera (see Materials and Methods for details), 80-90% Inhibition was recorded only for the ADA, 91US056 and 92US714 isolates by J408, and only for the ADA, 92US714 and 92US660 isolates by H445 serum (FIG. 10 and Table 2). Cross-neutralizing activities of sera collected from these two animals differed. For example, 92US660 infection was blocked by sera of H445 and J408 by 80% and 50%, respectively. Serum cross-neutralizing activity was reduced on subsequent weekly findings (FIG. 10). Sera collected 5 weeks after this DNA + protein 'booster' immunization had no cross-reactive neutralizing activity, but strong neutralization of the isolates of SF162 and SF162ΔV2 was still recorded.
[0054]
Following this DNA + protein 'boost' immunization, despite the fact that the bound antibody titers in animals vaccinated with the unmodified immunogen were greater than those vaccinated with the modified immunogen (Figure 8), the former serum was tested. None of the heterologous isolates could be neutralized (Table 2) (ie, less than 50% specific neutralization was recorded). Thus, in rabbits, the unmodified immunogen was able to elicit neutralizing antibodies against some heterologous HIV-1 primary isolates (albeit much less efficient than the modified immunogen) (Table 1). In rhesus monkeys it could not be so induced.
At the same time, the sensitivity of the heterologous isolate neutralized by serum collected from monkeys immunized with the recombinant SF2-derived gp120 protein was evaluated. This protein was previously evaluated as a vaccine candidate and was ineffective at raising cross-reactive neutralizing antibodies. That is, less than 50% neutralization was recorded with a 1:10 serum dilution (Mascola, JR, SW Snyder, OS Weislow, SM Belay, RB). Belshe, DH Schwartz, ML Clements, R. Dolin, BS Graham, GJ Gorse, MC Keefer, MJ McElrath, M.K.Walk. F. Wagner, J. G. McNeil, F.E. McCutchan, DS Burke & the NIAID AIDS vaccine evaluation group. 1996. Immunization investment payments. It's neutralizing antibodies against laboratory-adapted but not primary isolations of human immunodeficiency, virus type 1. J.3. All isolates tested here were not sensitive to neutralization by antibodies elicited by the SF2 gp120 protein (Table 2).
[0055]
Second 'boost' immunization with the modified ΔV2gp140 protein: The above results showed that the modified ΔV2gp140 immunogen was actually more effective at eliciting a cross-reactive neutralizing antibody response than the unmodified immunogen. Response was weaker than that recorded for the parental SF162 isolate (FIGS. 11A-B). In an effort to further increase the strength and breadth of these responses, an attempt was made to further 'boost' antibody titers in H445 and J408 animals by a single additional immunization with the purified oligomer ΔV2gp140 protein. There is no DNA immunity).
Since the increase in antibody titer was actually recorded after this protein 'boost', the peak (1: 145,000 endpoint ELISA titer) titer was recorded during the first 'booster' immunization with DNA + protein. Approximately three times as large as that of Fig. 11A. At the same time, there was a marked increase in the titer of neutralizing antibodies against the homologous SF162ΔV2 isolate and the parent SF162 isolate (FIG. 11).
No difference in neutralization potential of sera collected two and five weeks after this last 'boost' was reported, but bound antibody titers were significantly reduced during the same period. However, unexpectedly, the neutralization potential of the same serum against most of the heterologous primary isolates tested was often reduced (Table 2). Thus, except for the isolates of BZ167, 92US657 and ADA, all of the heterologous isolates tested resisted neutralization by serum collected two weeks after the second 'boost'. Interestingly, isolate 92US657 resisted neutralization with serum collected after the first boost, but was susceptible to neutralization with serum collected after the second boost.
[0056]
Production of anti-V3 loop antibodies in rhesus monkeys vaccinated with modified ΔV2gp140: explanation for increased neutralizing activity against parental SF162 virus and allogeneic SF162ΔV2 virus and decreased neutralizing activity against heterologous isolates after the second 'boost' immunization Multiple immunization with the modified ΔV2gp140 protein increases the titer of antibodies to the SF162 envelope and to an epitope that is uniquely (or preferentially) expressed on the SF162ΔV2 envelope. It is likely that multiple immunizations with ΔV2gp140 will result in the production of high titers of anti-V3 loop antibody. To determine the titer of such antibodies, a V3 loop peptide-based ELISA analysis using a SF3 / SF162ΔV2-derived V3 loop was used (FIGS. 12A-B). This peptide has a linear (447D) epitope (Conley, AJ, MKK Gorney, JA Kessler, second, LJ Boots, M. Ossorio-Castro, S. Koenig, D.). . W. Lineberger, E. A. Emini, C. Williams & S. Zolla-Pazner. 1994. Neutralization of primary human immunodeficiency virus type 1 isolates by the broadly reactive anti-V3 monoclonal antibody, 447-52D. J. Virol. Gorny, MK, AJ Conley, S. 68: 6994-7000; . Karwowska, A. Buchbinder, J.-Y. Xu, E. A. Emini, S. Koenig & S. Zolla-Pazner. 1992. Neutralization of diverse human immunodeficiency virus type 1 variants by an anti-V3 human monoclonal antibody. J. Virol. 66: 7538-7542) and also a conformational (391-95D) epitope (Seligman, SJ, JM Binley, MKK Gorny, DR Burton, S. Zolla). -Pazner & K. A. Sokolowski 1996. Characterization by ... Erial competition ELISAs of HIV-1 V3 loop epitopes recognized by monoclonal antibodies Mol Immunol 33: 737-745 also) recognized by antibodies that bind (Figure 11A).
[0057]
Anti-V3 loop antibodies were produced upon immunization of monkeys with the modified ΔV2gp140 immunogen, but the titers were much lower than for the whole envelope (FIG. 11B). Furthermore, the second 'boost' immunization did not increase the titer of the anti-V3 loop antibody. However, although certain anti-V3 loop antibodies present in the sera of these animals are unable to interact efficiently with V3 loop peptides in an ELISA format, they cannot bind to epitopes on the native envelope. it should be noted (Moore, J. P. 1993. the reactivities of HIV-1 + human sera with solid-phase V3 loop peptides can be poor predictors of their reactivities with V3 loops on native gp 120 molecules. AIDS Res. Hum. Retroviruses 9: 209-19). Furthermore, the V3 loop peptide used here does not span the carboxy and amino termini of the V3 loop, and analysis does not detect antibodies targeting these two regions. Therefore, it is necessary to examine in more detail the epitope specificity of antibodies raised with the modified ΔV2gp140.
[0058]
Figures 13A and 13B are graphs showing the heterogeneous immune response elicited by the immunogens of the present invention by neutralizing different clade HIV-1 viruses. FIG. 13A shows neutralization using serum from H445 animals, and FIG. 13B shows neutralization using serum from J408.
Although the invention has been described and illustrated by way of individual embodiments, individual materials, procedures and examples, it should be understood that the invention is not limited to the specific material combinations of materials or procedures selected therefor. Is understood. Indeed, various modifications of the invention in addition to those described herein will become apparent to those skilled in the art from the foregoing description and accompanying figures. Such modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.
Various documents are cited herein, the disclosures of which are incorporated herein.
[Brief description of the drawings]
FIG.
Figure 4 is a graph showing the production of anti-HIV-1 envelope binding antibodies upon immunization. Envelope-specific titers of bound antibodies in animals J408 and H445 were determined for the vaccine, ie, purified SF162ΔV2 gp140 oligomer protein, throughout the immunization scheme. The dotted line indicates the time of immunization, and the arrow indicates the time of virus attack.
FIG. 2
It is a graph which shows production of an HIV-1 neutralizing antibody. The presence of neutralizing antibodies against the homologous SF162ΔV2 virus and the parental SF162 virus was determined at various times during the immunization program. :: before bleeding; :: one month after the third DNA immunization; ■: two weeks after the first 'boost'; and ◆: two weeks after the second 'boost'.
FIG. 3
CD8 + T lymphocyte depletion: CD8 + T lymphocytes are depleted from vaccinated animals by bolus injection of anti-CD8 MAb OKT8F (arrow). Circulating CD4 + (dark circles), CD8 + T (white circles) and total CD3 + T from vaccinated and non-vaccinated animals in samples collected at various time points before and after SHIV 162P4 challenge (dotted line). The number of lymphocytes (stars) was determined.
FIG. 4A-B
Figure 4 is a graph showing viral load and production of anti-HIV envelope antibody titers after exposure to SHIV162P4. (A) Virus load is shown as number of RNA copies per ml of plasma. The dashed line indicates the limit of detection for this analysis (<500 copies / ml). Cross: unvaccinated animal AT54 was euthanized 111 days after the onset of SAAIDS after challenge. Arrows indicate when CD8 + cells reappear in the periphery of the vaccinated animal. (B) Production of anti-HIV envelope antibodies after SH162P4 challenge was monitored by an ELISA based on SF162ΔV2 gp140. Endpoint ELISA titers are shown.
FIG. 5
FIG. 2 shows the seroconversion of animals to SIV-gag / pol antigen and HIV env antigen in vaccinated and unvaccinated monkeys.
FIG. 6
FIG. 4 is a diagram showing antibody production in rabbits. The production of the anti-envelope antibody was determined by ELISA. Six animals (A1-A6) were immunized with DNA expressing the unmodified SF162 gp140 immunogen and six (A7-A12) with DNA expressing the modified ΔV2gp140 immunogen. Two weeks after each immunization, titers were determined by ELISA using oligomeric proteins of SF162 gp140 and ΔV2gp140. Dotted lines indicate the time points of each immunization.
FIG. 7a
It is a graph which shows neutralization of SF162 (DELTA) V2 virus and SF162 virus by rabbit serum. Shown are results from neutralization experiments using sera collected after the third and fifth immunizations against SF162ΔV2 (A) and SF162 (B) viruses. Data are representative of at least three independent experiments. The symbols indicate the mean% neutralization and standard deviation from three experimental wells. Dotted lines indicate 50%, 70% and 90% inhibition of infection. Dotted lines and asterisks (controls) are neutralization curves obtained with sera collected from animals immunized with DNA vector only, indicating non-specific neutralization.
FIG. 7B
It is a graph which shows neutralization of SF162 (DELTA) V2 virus and SF162 virus by rabbit serum. Shown are results from neutralization experiments using sera collected after the third and fifth immunizations against SF162ΔV2 (A) and SF162 (B) viruses. Data are representative of at least three independent experiments. The symbols indicate the mean% neutralization and standard deviation from three experimental wells. Dotted lines indicate 50%, 70% and 90% inhibition of infection. Dotted lines and asterisks (controls) are neutralization curves obtained with sera collected from animals immunized with DNA vector only, indicating non-specific neutralization.
FIG. 8
It is a graph which shows antibody production in a rhesus monkey. In animals immunized with the modified ΔV2gp140 immunogen (J408 and H445) and two animals immunized with the unmodified SF162gp140 immunogen (P655 and N472), and in control animals immunized with the DNA vector alone (M844 and H473) The production of anti-envelope antibodies was determined by ELISA using the corresponding proteins. The dotted line indicates the time of immunization. DNA: Animals were immunized three times monthly with a DNA vector expressing the gp140 form of each immunogen. Control animals received only the DNA vector. DNA + protein: The animals were immunized four times and simultaneously immunized with the corresponding CHO-producing gp140 oligomer protein using MF-59C adjuvant. Control animals received only adjuvant.
FIG. 9A
It is a graph which shows the neutralization activity of rhesus monkey serum. Serum collected from animals immunized with the modified ΔV2gp140 (A) and unmodified (B) SF162gp140 immunogens was determined for neutralizing activity against SF162 and SF162ΔV2 viruses as described in Example 2. Dotted lines indicate 50%, 70% and 90% inhibition of infection. Results are representative of 3-5 independent experiments. The data show the average and standard deviation from wells of three experiments. Before bleeding (Pre-bleed): serum collected before the start of vaccination; second and third DNA: serum collected one month after the second and third DNA administration, respectively; 2 weeks and 4 weeks after stimulation: sera collected 2 weeks and 4 weeks after DNA + protein 'booster' immunization, respectively.
FIG. 9B
It is a graph which shows the neutralization activity of rhesus monkey serum. Serum collected from animals immunized with the modified ΔV2gp140 (A) and unmodified (B) SF162gp140 immunogens was determined for neutralizing activity against SF162 and SF162ΔV2 viruses as described in Example 2. Dotted lines indicate 50%, 70% and 90% inhibition of infection. Results are representative of 3-5 independent experiments. The data show the average and standard deviation from wells of three experiments. Before bleeding (Pre-bleed): serum collected before the start of vaccination; second and third DNA: serum collected one month after the second and third DNA administration, respectively; 2 weeks and 4 weeks after stimulation: sera collected 2 weeks and 4 weeks after DNA + protein 'booster' immunization, respectively.
FIG. 10
Figure 4 is a graph showing neutralization of heterologous Clade B HIV-1 primary isolate by monkey serum. Neutralizing activity of the sera collected at 2 weeks and 4 weeks after DNA + protein 'booster' immunization against the vaccine heterologous HIV-1 primary isolate was determined as described in Example 2. Dotted lines indicate 50%, 70% and 90% inhibition of infection. The numbers indicate specific neutralization and are defined as the difference between the% virus neutralization recorded with sera collected after vaccination and the% virus neutralization recorded with sera collected before the start of vaccination. Data points represent the average% specific neutralization from two independent experiments.
FIG. 11A
FIG. 4 is a graph showing the production of bound and neutralizing antibodies after a second 'boost' immunization with a modified ΔV2gp140 protein. (A) The production of anti-envelope antibodies in two rhesus monkeys (J408 and H445) vaccinated with the modified ΔV2gp140 was determined by ELISA as described in Example 2. The dotted line indicates the time of immunization. DNA: The immunogen was immunized three times monthly with a DNA vector expressing the gp140 form. DNA + protein: Animals received a fourth round of DNA immunization and purified ΔV2gp140 oligomeric protein. Protein: Animals were immunized with purified ΔV2gp140 oligomer protein only. (B) Neutralizing activity of sera after the second 'boost' on SF162ΔV2 isolates and SF162 isolates was compared to sera collected after the first 'boost' (see Figure 4). Non-specific neutralization recorded in the pre-immune serum (pre-bleed) is also shown.
FIG. 11B
FIG. 4 is a graph showing the production of bound and neutralizing antibodies after a second 'boost' immunization with a modified ΔV2gp140 protein. (A) The production of anti-envelope antibodies in two rhesus monkeys (J408 and H445) vaccinated with the modified ΔV2gp140 was determined by ELISA as described in Example 2. The dotted line indicates the time of immunization. DNA: The immunogen was immunized three times monthly with a DNA vector expressing the gp140 form. DNA + protein: Animals received a fourth round of DNA immunization and purified ΔV2gp140 oligomeric protein. Protein: Animals were immunized with purified ΔV2gp140 oligomer protein only. (B) Neutralizing activity of sera after the second 'boost' on SF162ΔV2 isolates and SF162 isolates was compared to sera collected after the first 'boost' (see Figure 4). Non-specific neutralization recorded in the pre-immune serum (pre-bleed) is also shown.
FIG. 12A-B
FIG. 4 is a graph showing the presence of anti-V3 loop antibodies in serum collected from monkeys (macaques) immunized with a modified ΔV2gp140 immunogen. The production of anti-V3 loop antibodies was determined by using an ELISA method with V3 loop peptides from the SF162 / SF162ΔV2 envelope. (A) First, it was examined whether the captured V3 loop peptide interacts with a specific anti-V3 loop MAb that recognizes a linear (447D) V3 epitope and a conformational (391-95D) V3 loop epitope. (B) Next, the titers of anti-V3 loop antibodies present in the serum collected from the two vaccinated animals 2 and 4 weeks after the first and second boosters were determined. As a comparison, the titers of all anti-envelope antibodies present in the same serum were also included.
FIG. 13A
FIG. 4 is a graph showing neutralization of HIV-1 of clades A, E and D by sera from two animals immunized with a modified envelope protein from an HIV-1 clade B immunogen with a V2 region deletion.
FIG. 13B
FIG. 4 is a graph showing neutralization of HIV-1 of clades A, E and D by sera from two animals immunized with a modified envelope protein from an HIV-1 clade B immunogen with a V2 region deletion.
FIG. 14
This is an amino acid sequence showing the polynucleotide sequence of full-length SF162ΔV2 gp140 envelope protein (SEQ ID NO: 1).
FIG.
This is an amino acid sequence showing the polynucleotide sequence of SF162ΔV2 gp140 envelope protein fragment (SEQ ID NO: 3).
FIG.
This is an amino acid sequence showing the full-length SF162ΔV2 gp140 envelope protein (SEQ ID NO: 2).
FIG.
This is an amino acid sequence showing an SF162ΔV2 gp140 envelope protein fragment (SEQ ID NO: 4).

Claims (27)

動物を異種HIV−1に対して免疫する方法であって、V2領域欠失がある、少なくとも1種の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片、又は少なくとも1種の前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNA又はウイルス、又はその組合わせを含む免疫原を前記動物に投与する段階を含み、前記動物が前記免疫原以外の少なくとも1種のHIV−1株に免疫を示す、前記方法。A method of immunizing an animal against heterologous HIV-1, comprising at least one modified HIV-1 envelope protein or fragment thereof, or at least one modified HIV-1 envelope protein, wherein the V2 region is deleted. Administering to said animal an immunogen comprising a DNA or virus encoding the fragment, or a combination thereof, wherein said animal is immunized against at least one strain of HIV-1 other than said immunogen. The method. 前記免疫が体液性応答を含んでいる、請求項1記載の方法。2. The method of claim 1, wherein said immunity comprises a humoral response. 前記免疫原がクレードB HIV−1株由来の修飾HIV−1エンベロープタンパク質を含んでいる、請求項1又は2記載の方法。3. The method of claim 1 or 2, wherein the immunogen comprises a modified HIV-1 envelope protein from Clade B strain HIV-1. 前記HIV−1株がSF162である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the HIV-1 strain is SF162. 前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質が配列番号2又は配列番号4である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the modified HIV-1 envelope protein is SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. 少なくとも1種の前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質をコードしている前記DNAが配列番号1又は配列番号3である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。5. The method of any one of claims 1-4, wherein the DNA encoding at least one of the modified HIV-1 envelope proteins is SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. 前記体液性応答が中和抗体を含んでいる、請求項2〜6のいずれか1項に記載の方法。7. The method of any one of claims 2 to 6, wherein the humoral response comprises a neutralizing antibody. 前記体液性応答が防御抗体を含んでいる、請求項2〜7のいずれか1項に記載の方法。8. The method of any one of claims 2 to 7, wherein the humoral response comprises a protective antibody. 前記動物がヒトである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the animal is a human. 動物においてHIV−1に対する異種免疫応答を惹起させる方法であって、V2領域欠失がある、少なくとも1種の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片、又は少なくとも1種の前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNA又はウイルス、又はその組合わせを含んでいる免疫原で前記動物を免疫する段階を含み、前記動物が前記免疫原以外の少なくとも1種のHIV−1株にエンベロープ特異免疫応答を示す、前記方法。A method for eliciting a heterologous immune response to HIV-1 in an animal, comprising at least one modified HIV-1 envelope protein or fragment thereof, or at least one modified HIV-1 envelope protein, having a V2 region deletion. Or immunizing said animal with an immunogen comprising a DNA or virus encoding a fragment thereof, or a combination thereof, wherein said animal is enveloped by at least one strain of HIV-1 other than said immunogen. Such a method, which exhibits a specific immune response. 前記エンベロープ特異免疫応答が体液性応答を含んでいる、請求項10記載の方法。11. The method of claim 10, wherein said envelope-specific immune response comprises a humoral response. 前記免疫原がクレードB HIV−1株由来の修飾HIV−1エンベロープタンパク質を含んでいる、請求項10又は11記載の方法。12. The method of claim 10 or 11, wherein the immunogen comprises a modified HIV-1 envelope protein from Clade B strain HIV-1. 前記HIV−1株がSF162である、請求項10〜12のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 10 to 12, wherein the HIV-1 strain is SF162. 前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質が配列番号2又は配列番号4である、請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法。14. The method according to any one of claims 10 to 13, wherein the modified HIV-1 envelope protein is SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. 少なくとも1種の前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質をコードしている前記DNAが配列番号1又は配列番号3である、請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法。14. The method according to any one of claims 10 to 13, wherein the DNA encoding at least one of the modified HIV-1 envelope proteins is SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. 前記体液性応答が中和抗体を含んでいる、請求項11〜15のいずれか1項に記載の方法。16. The method of any one of claims 11 to 15, wherein the humoral response comprises a neutralizing antibody. 前記体液性応答が防御抗体を含んでいる、請求項11〜16のいずれか1項に記載の方法。17. The method according to any one of claims 11 to 16, wherein the humoral response comprises a protective antibody. 前記動物がヒトである、請求項10〜17のいずれか1項に記載の方法。18. The method according to any one of claims 10 to 17, wherein the animal is a human. 動物をHIV−1ウイルスに対して免疫するための医薬組成物であって、V2領域欠失がある、少なくとも1種の修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片、又は少なくとも1種の前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質又はその断片をコードしているDNA又はウイルス、又はその組合わせの異種エンベロープ特異免疫応答惹起有効量と、薬学的に許容しうる担体又は賦形剤とを含む、前記医薬組成物。A pharmaceutical composition for immunizing an animal against the HIV-1 virus, comprising at least one modified HIV-1 envelope protein or fragment thereof, or at least one modified HIV-I, wherein there is a V2 region deletion. (1) The pharmaceutical composition, comprising a DNA or virus encoding an envelope protein or a fragment thereof, or a combination thereof, which is effective for inducing a heterologous envelope-specific immune response, and a pharmaceutically acceptable carrier or excipient. 前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質がクレードB HIV−1株由来である、請求項19記載の医薬組成物。20. The pharmaceutical composition according to claim 19, wherein said modified HIV-1 envelope protein is derived from Clade B strain HIV-1. 前記HIV−1株がSF162である、請求項19又は20記載の医薬組成物。The pharmaceutical composition according to claim 19 or 20, wherein the HIV-1 strain is SF162. 前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質が配列番号2又は配列番号4である、請求項19〜21記載の医薬組成物。22. The pharmaceutical composition according to claim 19, wherein the modified HIV-1 envelope protein is SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. 少なくとも1種の前記修飾HIV−1エンベロープタンパク質をコードしている前記DNAが配列番号1又は配列番号3である、請求項19〜21のいずれか1項に記載の医薬組成物。22. The pharmaceutical composition according to any one of claims 19 to 21, wherein the DNA encoding at least one of the modified HIV-1 envelope proteins is SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. 化合物が、野生型HIV−1に対する防御抗体を産生できる動物において少なくとも1種の異種HIV−1株に対して防御抗体を産生できるかを評価する方法であって、前記動物を前記化合物で免疫する段階と、前記動物のCD8+ Tリンパ球を枯渇させる段階と、前記動物において少なくとも1種の異種HIV−1株に対する防御抗体の存在を評価する段階とを含む、前記方法。A method for evaluating whether a compound is capable of producing a protective antibody against at least one heterologous HIV-1 strain in an animal capable of producing a protective antibody against wild-type HIV-1, comprising immunizing said animal with said compound. The method, comprising the steps of: depleting the animal for CD8 + T lymphocytes; and assessing the animal for the presence of protective antibodies against at least one heterologous HIV-1 strain. 前記枯渇させる段階が抗CD8モノクローナル抗体を前記動物に投与することによって行われる、請求項24記載の方法。25. The method of claim 24, wherein said depleting is performed by administering an anti-CD8 monoclonal antibody to said animal. 前記化合物がHIV由来ポリぺプチド又はその断片、又は前記ぺプチド又はその断片をコードしているDNA又はウイルスである、請求項24又は25記載の方法。The method according to claim 24 or 25, wherein the compound is an HIV-derived polypeptide or a fragment thereof, or a DNA or virus encoding the polypeptide or a fragment thereof. 前記免疫する段階がDNAワクチン、タンパク質、又はその組合わせで行われる、請求項24〜26のいずれか1項に記載の方法。27. The method of any one of claims 24-26, wherein said immunizing is performed with a DNA vaccine, a protein, or a combination thereof.
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